JP2001181651A

JP2001181651A - 廃プラスチックの処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2001181651A
Application number: JP36927099A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tatani; 淳多谷; Masataka Tabata; 正敬田畑; Tetsuya Imai; 哲也今井; Wataru Matsubara; 亘松原; Yoshihisa Saito; 喜久斎藤; Mitsugi Nagano; 貢永野; Teruo Onozuka; 輝夫小野塚; Takehiko Moriya; 武彦守谷
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2001-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】廃プラスチックから所望の油又はガスが容易
に回収でき、しかも熱経済性が従来よりも格段に向上し
た廃プラスチック処理方法及び装置を提供する。【解決手段】バーナ３での燃焼反応により生じた燃焼
ガスＢ１の余熱により、燃焼用の空気Ｅ１を予め加熱す
る予熱器７を設ける。これにより、燃焼ガスＢ１の余熱
が、廃プラスチックのスラリＡ１の加熱と無関係に回収
されて、スラリＡ１加熱用の熱エネルギとして循環使用
される。このため、プラスチックの分解反応の処理条件
の設定に悪影響を及ぼすことなく、燃焼ガスＢ１の余熱
を十分に回収し、全体的な熱効率を格段に高めることが
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、超臨界水又は亜臨
界水を用いた廃プラスチックの処理方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、廃プラスチックを再利用するため
の方法として、超臨界水又は亜臨界水によって廃プラス
チックを分解して、有用な油（例えば、重油等）或いは
ガスを回収することが試みられている。例えば、特開平
１０−２９２１７７号公報、或いは特開平１１−１４０
２２４号公報などには、廃プラスチックと水を混合して
なるスラリ（以下場合により、単にスラリという。）を
加熱し、このスラリ中の水を超臨界状態又は亜臨界状態
とすることによって、廃プラスチックの分解反応を生じ
させ、廃プラスチックを油化又はガス化する廃プラスチ
ックの処理方法及び装置が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、水の超臨界
状態（温度；３７４℃以上、圧力；２２ＭＰａ以上）、
或いはその近傍である亜臨界状態を作るためには、当然
に熱源を設ける必要があり、運転コストをできるだけ下
げて上記処理方法の実用化又は汎用化を図ろうとする
と、この熱源をどのように確保するか、或いはこの熱源
の熱をいかに効率よくかつ問題なく利用するかが、重要
な課題となる。しかしながら従来では、このような点で
検討が不十分であり、改善が望まれていた。

【０００４】例えば、前述した特開平１１−１４０２２
４号公報の方法では、反応器における熱源として電気炉
を使用する構成であるため、そのための電力を外部から
供給する必要があり、その分運転コストがかさむ。特
に、同公報の図１に示されたように、反応器の後流に冷
却器を設けて、反応器から出た分解反応後のスラリをこ
の冷却器で単に冷却する構成（回収熱を再利用しない構
成）では、供給した電力による熱エネルギの多くが冷却
器における放熱で無駄に失われる。このため、熱経済的
に極めて不利であり、このままでは実用化は困難であ
る。なお、同公報の図３には、反応器から出た分解反応
後のスラリと、反応器に入る分解反応前のスラリとの間
で直接熱交換する熱交換器（熱回収部）を設けて、単純
に熱回収する態様が開示されているが、この場合には次
のような問題がある。即ち、超臨界状態を利用する方法
である関係上、反応器に出入りするスラリは両方とも非
常に高圧であり、このような高圧なスラリ間で直接熱交
換を行う熱交換器は、設備コストがかさむという点に加
えて、メンテナンス作業（内部の定期的な点検や洗浄、
内部の滞留物の除去作業など）が非常に困難かつ高価な
ものになるという点で、実用上実現困難であるという問
題がある。また、このような熱交換器を設けることによ
って、系外に無駄に捨てられる熱エネルギの相当量を回
収し再利用したとしても、外部からある程度の電力を供
給しなければならないという不利は残る。

【０００５】また、前述した特開平１０−２９２１７７
号公報の方法は、超臨界状態を作るための熱源として外
部から電力を供給する必要がないという点では優れてい
るが、やはり熱経済的に十分とはいえない。即ち、この
方法では、ガス又は油（この場合、プラスチックの分解
により回収されたもの）をバーナで燃焼させてその燃焼
ガスを加熱炉内に流通させ、この燃焼ガスの熱で加熱炉
内の管式連続反応器に供給されたスラリを加熱する構成
であり、外部から電力を供給する必要はない（この場合
基本的には、燃料も供給する必要がない）。しかしこの
場合は、放熱等により失われる熱エネルギ量（特に、加
熱炉から排出される燃焼ガスの余熱として系外に放出さ
れる熱エネルギ量）によっては、超臨界状態を作り出す
ために回収されたガスや油の多くを燃焼させる必要が生
じて、熱効率（回収される油等の熱量から消費される油
等の熱量を差し引いた値を、処理したプラスチックの熱
量で割った値）が実用化のレベルに到達困難となる問題
があることが、発明者らの研究で判明している。

【０００６】なお、一種の熱交換器である加熱炉の熱回
収量（つまり、スラリ側に移動する熱量）を増やすか、
或いは、バーナーの燃焼による発熱量を減らすことによ
って、加熱炉から排出される燃焼ガス（以下場合によ
り、排ガスという。）の温度を低くして、この排ガスの
熱として系外に放出される熱エネルギ量を単純に減らす
ことは原理的に可能である。しかし、この場合には、所
望の性状の油やガスを回収するという本来の目的が達成
困難になる問題があることが、発明者らの研究により分
かっている。というのは、廃プラスチックの超臨界水に
よる分解反応は、温度や時間などの条件によって微妙に
変化し、僅かな条件変化でも回収物（油やガス）の性状
（成分比等）が変化してしまうことが分かっており、例
えば所定範囲の割合で所定成分（例えば、重油）が含ま
れた油を回収しようとする場合、スラリが所定の反応温
度までなるべく速やかに昇温した後、その反応温度が一
定時間保持されるといった限定的な反応条件を実現する
必要がある。ところが、熱経済性を考慮して、前記排ガ
スの温度を低く設定しようとすると、当然に、特に加熱
炉内の燃焼ガスの出口側に位置する管式連続反応器の部
分は、それに応じて温度が必然的に低くなってしまい、
上述したような反応条件が実現困難になるからである。

【０００７】そこで本発明は、廃プラスチックから所望
の油又はガスが容易に回収でき、しかも熱経済性が従来
よりも格段に向上した廃プラスチックの処理方法及び装
置を提供することを主目的としている。またさらには、
熱経済性を高めるにあたって、実用上実現困難な熱交換
器を使用する必要がない、廃プラスチックの処理方法及
び装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の廃プラスチックの処理方法は、燃料
を酸素含有ガスと燃焼反応させて生じる熱により、廃プ
ラスチックと水を混合してなるスラリを加熱し、このス
ラリ中の水を超臨界状態又は亜臨界状態とすることによ
って、前記廃プラスチックの分解反応を生じさせ、前記
廃プラスチックを油又はガスに変換する廃プラスチック
の処理方法において、前記燃焼反応により生じた燃焼ガ
スの余熱により、前記燃料又は／及び酸素含有ガスを前
記燃焼反応の前に予め加熱する構成としたことを特徴と
する。さらに、請求項２記載の廃プラスチックの処理方
法は、前記分解反応後のスラリと熱媒との間で熱交換を
行って熱回収するとともに、この熱回収により昇温され
た熱媒と前記分解反応前のスラリとの間で熱交換を行っ
て前記分解反応前のスラリを予め加熱することを特徴と
する。

【０００９】また、請求項３記載の廃プラスチックの処
理装置は、燃料を酸素含有ガスと燃焼反応させる燃焼器
と、この燃焼器の燃焼反応により生じた燃焼ガスが流通
する胴体と、この胴体内又は前記燃焼器の近傍に配設さ
れた管体とを有する加熱炉を備え、廃プラスチックと水
を混合してなるスラリを前記管体に流通させて前記スラ
リを加熱し、前記スラリ中の水を超臨界状態又は亜臨界
状態とすることによって、前記廃プラスチックの分解反
応を生じさせ、前記廃プラスチックを油又はガスに変換
する廃プラスチックの処理装置において、前記胴体を含
む前記燃焼ガスの流通過程における前記管体よりも後流
位置に設置され、前記燃焼ガスの余熱により、前記燃料
又は／及び酸素含有ガスを前記燃焼反応の前に予め加熱
する予熱器を設けたことを特徴とする。さらに、請求項
４記載の廃プラスチックの処理装置は、前記加熱炉の管
体から導出された分解反応後のスラリと熱媒との間で熱
交換を行って熱回収するスラリ冷却器と、このスラリ冷
却器での熱回収により昇温された熱媒と、前記加熱炉の
管体に導入される分解反応前のスラリとの間で熱交換を
行って、前記分解反応前のスラリを予め加熱するスラリ
予熱器とを、さらに設けたことを特徴とする。

【００１０】ここで、上記廃プラスチックには、熱可塑
性プラスチック、架橋プラスチック、熱硬化性プラスチ
ック、或いはこれらの混合物が含まれる。また、上記燃
料には、ガス燃料及び液体燃料が含まれ、廃プラスチッ
クの分解反応により得られた油又はガスを上記燃料とし
て使用することもできる。また、上記酸素含有ガスに
は、空気や酸素ガスが含まれる。また、上記熱媒には、
例えば空気や水が含まれる。また、亜臨界状態とは、水
の温度及び圧力が臨界温度（３７４℃）及び臨界圧力
（２２ＭＰａ）の近傍の状態であり、水が超臨界水とほ
ぼ同様の特性を示す状態である。具体的には、圧力が臨
界圧力の０．８倍以上、温度が３００℃以上の領域が含
まれる。また、上記管体には、管式連続反応器の他、管
式の予熱器も含まれる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の形態例で
ある廃プラスチックの処理装置を示す図である。この装
置は、廃プラスチックと水を混合してなるスラリＡ１を
送り出すスラリポンプ１と、このスラリポンプ１により
圧送されたスラリＡ１が導入され、スラリＡ１を所定の
反応温度まで昇温して所定の反応時間だけ保持するため
の加熱炉２と、この加熱炉２に付設されて熱源として機
能するバーナ３（燃焼器）とを備える。なお、スラリＡ
１は、図示省略した粉砕手段（例えば、カッターミルや
ハンマーミル等）によって廃プラスチックを粉砕してな
るプラスチック粉体と水を、図示省略した混合手段（例
えば、攪拌機付き混合槽等）で混合攪拌してなるもので
ある。プラスチック粉体の大きさは、直径約１ｍｍ以下
が好ましい。粉体があまりに大きいとスラリとしての搬
送が困難になる。但し、粉体があまりに小さいと粉砕の
ための動力や粉体の嵩が増えるので、通常０．１〜１ｍ
ｍ程度が適当である。また、廃プラスチックの種類によ
っては、異物の除去処理や洗浄処理などの前処理を行っ
てもよい。

【００１２】スラリポンプ１は、加熱炉２内においてス
ラリＡ１の圧力が所定の反応圧力（例えば、２５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²程度）になるように昇圧して送り出すポンプ
である。加熱炉２は、バーナ３の燃焼反応により生じた
燃焼ガスＢ１が流通する胴体４内に、スラリＡ１が流通
する管式連続反応器５が配設されてなるものである。こ
こで、管式連続反応器５は、スラリＡ１中の水が超臨界
状態又は亜臨界状態となる所定の反応条件（圧力及び温
度）において、スラリＡ１中のプラスチックを分解する
ためのものであるので、そのような使用環境に耐えうる
材料及び肉厚の管が使用される。図１の場合、管式連続
反応器５は、Ｕ字型に多段階に折り曲げられた形状とな
っているが、単純な直線状でもよいし、コイル状でもよ
い。また、この管式連続反応器５の長さや径寸法又は形
状等の仕様は、所定の反応温度までスラリＡ１の温度が
上昇するのに要する時間や、所定の反応温度に維持すべ
き反応時間などの処理条件が、プラスチックの種類や回
収しようとする油などの性状に対して好ましい範囲に調
整できるように、適宜設定される。また、加熱炉２の胴
体４の下部には、燃焼ガスＢ１が導入されるガス入口４
ａが形成され、この胴体４の上端には、燃焼ガスＢ１が
排ガスＢ２として導出されるガス出口４ｂが形成されて
いる。

【００１３】次に、バーナ３は、ガス燃料Ｃ１及び液体
燃料Ｄ１を空気Ｅ１（酸素含有ガス）と燃焼反応させ
て、高温の燃焼ガスＢ１を生成するものである。この場
合空気Ｅ１は、ファン６により圧送され、予熱器７を経
てバーナ３に供給される。ここで予熱器７は、燃焼ガス
Ｂ１及び排ガスＢ２の流通過程における管式連続反応器
５よりも後流位置（この場合、加熱炉２のガス出口４ｂ
の外側）に設置され、燃焼ガスＢ１の余熱（即ち、排ガ
スＢ２の熱）により、空気Ｅ１を燃焼反応の前に予め加
熱する熱交換器である。なお、この予熱器７は、低圧の
ガスとガスの間で熱交換を行うものであるので、市販さ
れている汎用の熱交換器（例えば、プレート式のもの）
によって容易かつ安価に実現できる。

【００１４】また、加熱炉２の管式連続反応器５を通過
したスラリＡ１は、分解反応後のスラリＡ２として、フ
ラッシュバルブ８を経由して油水分離装置９に送られる
構成となっている。この油水分離装置９は、スラリＡ２
を、水Ｆ１と油Ｇ１（生成油）とオフガスＨ１とに分離
する装置である。また、この油水分離装置９で分離され
排出された油Ｇ１は、分留装置１０に送られて、揮発性
の高い成分がオフガスＨ２としてさらに分離される構成
となっている。ここで、分留装置１０は、下部に配設さ
れた加熱用管路１０ａに熱媒（例えば蒸気）が流通し、
上部に配設された冷却用管路１０ｂに冷媒（例えば、冷
却水）が流通することによって、下側で加熱、上側で冷
却が行われ、これにより揮発性の低い所望の成分（例え
ば、重油）をより多く含む油Ｇ２（回収油）が分離回収
されるものである。なお、油水分離装置９及び分留装置
１０で分離されたオフガスＨ１，Ｈ２（以下では、まと
めて、オフガスＨ３という。）は、例えばその全てを前
記バーナ３に供給するガス燃料Ｃ１として利用すること
ができる。また、分留装置１０で分離された油Ｇ２は、
もちろんリサイクル製品として売却等することができる
し、例えばその一部を前記バーナ３に供給する液体燃料
Ｄ１として利用することもできる。また、油水分離装置
９で分離された水Ｆ１は、図示省略した前述の混合手段
に供給して、スラリＡ１を構成する水として循環使用す
ることができる。

【００１５】また本形態例の場合、スラリポンプ１と加
熱炉２との間には、スラリ予熱器１１が設けられ、加熱
炉２とフラッシュバルブ８との間には、スラリ冷却器１
２が設けられており、これら熱交換器（スラリ冷却器１
２とスラリ予熱器１１）にはファン１３によって熱媒で
ある空気Ｅ２が順に供給される構成となっている。ここ
で、スラリ冷却器１２は、管式連続反応器５から導出さ
れた分解反応後のスラリＡ２と空気Ｅ２（熱媒）との間
で熱交換を行って熱回収する熱交換器である。また、ス
ラリ予熱器１１は、スラリ冷却器１２での熱回収により
昇温された空気Ｅ２（熱媒）と、管式連続反応器５に導
入される分解反応前のスラリＡ１との間で熱交換を行っ
て、前記分解反応前のスラリＡ１を予め加熱する熱交換
器である。なお、これら熱交換器は、一方の流体（つま
り、スラリ側）のみが高圧であるため、メンテナンス作
業の容易性を確保しつつ、比較的安価なものとして実現
できる。例えば、管側に高圧のスラリが流通するシェル
アンドチューブ構造の熱交換器で構成し、全体（管側と
胴側）が長手方向において複数の部分に分離可能な分割
構造とすることによって、胴内及び管内の洗浄等が容易
に可能となる構成とすればよい。なお、スラリ予熱器１
１を出た後の空気Ｅ２は、この場合大気中に放出される
構成となっている。

【００１６】次に、上述した処理装置により実施される
廃プラスチックの処理方法について説明する。廃プラス
チックと水を混合してなる分解反応前のスラリＡ１は、
スラリポンプ１により圧送されてスラリ予熱器１１を経
由する際に、熱媒である空気Ｅ２を介して分解反応後の
スラリＡ２から回収した熱によって予め加熱される。次
いでスラリＡ１は、加熱炉２の管式連続反応器５に導入
されて燃焼ガスＢ１の熱で所定の反応温度（例えば、４
８０〜５２０℃）まで昇温され、所定時間（例えば、１
〜５分）その温度範囲に維持される。これにより、スラ
リＡ１中の水が超臨界状態又は亜臨界状態となった所定
の反応条件が実現され、スラリＡ１中のプラスチックが
所望の性状の油及びガスに分解される。その後スラリＡ
１は、分解反応後のスラリＡ２として加熱炉２から導出
され、スラリ冷却器１２での熱回収により冷却された
後、前述した油水分離装置９及び分留装置１０に順次導
入されて、このスラリＡ２から水Ｆ１やオフガスＨ３が
分離され、さらに所望の油Ｇ２が回収される。一方、燃
焼器であるバーナ３には、燃料としてガス燃料Ｃ１と液
体燃料Ｄ１（或いは、いずれか一方）が供給されるとと
もに、燃焼用の酸素含有ガスである空気Ｅ１がファン６
により供給される。この際、空気Ｅ１は、前述した予熱
器７において、燃焼ガスＢ１の余熱（即ち、排ガスＢ２
の熱）により予め加熱された後に、バーナ３に供給され
る。

【００１７】以上説明した廃プラスチックの処理方法及
び装置では、燃焼器であるバーナ３での燃焼反応により
生じた燃焼ガスＢ１の余熱により、燃焼用の空気Ｅ１
（酸素含有ガス）を前記燃焼反応の前に予め加熱する。
このため、プラスチックの分解反応の処理条件の設定に
悪影響を及ぼすことなく、燃焼ガスＢ１の余熱を十分に
回収し、全体的な熱効率を格段に高めることができる。
即ちこの場合、燃焼器であるバーナ３での燃焼反応によ
り生じた熱エネルギが、排ガスＢ２の熱として仮に多量
に余っても、これを加熱炉２の熱交換とは別個独立の熱
交換（予熱器７での熱交換）によって十分回収するよう
な構成とすることができる。このため、燃焼反応や燃焼
ガスＢ１の温度条件、管式連続反応器５を含む加熱炉２
の仕様やスラリ流量など（加熱炉２内の熱交換の条件）
については、それ自体では熱経済性を無視して（つま
り、排ガスＢ２の熱として多量の熱エネルギが余ること
を考慮することなく）、プラスチックから所望のガス又
は油を回収するための最適条件に的を絞って設定でき
る。いいかえれば、燃焼反応や燃焼ガスＢ１の温度条
件、加熱炉２の仕様やスラリ流量などについては、それ
自体で熱経済性を特に考慮する必要がなくなるため、プ
ラスチックから所望のガス又は油を回収するための設計
や運転時の調整（例えば、スラリＡ１の流量調整やバー
ナ３の火力調整等）の自由度が高まり、プラスチックの
種類や濃度或いは処理流量が変動しても、所望のガス又
は油をより安定的に回収することが容易になる。したが
って、廃プラスチックから所望の油又はガスが容易に回
収でき、しかも熱経済性を従来よりも格段に向上させる
ことができる。

【００１８】なお、排ガスＢ２の熱が回収され、その回
収熱により燃焼用の空気Ｅ１が昇温されると、その分必
要な燃料を削減することができる。例えば、液体燃料Ｄ
１の供給をほとんどゼロとし、オフガスＨ３をガス燃料
Ｃ１として供給するだけでバーナ３による所定温度の燃
焼ガスＢ１の生成が可能となる。このため、消費する油
等よりも回収される油等の量が格段に多くなって、全体
的な熱効率（回収される油等の熱量から消費される油等
の熱量を差し引いた値を、処理したプラスチックの熱量
で割った値）が格段に向上する。また、排ガスＢ２から
燃焼用の空気Ｅ１に熱を移動させて熱回収する構成であ
ると、そのための熱交換器（この場合、予熱器７）は、
前述したように、低圧のガスとガスの間で熱交換を行う
ものとなるので、市販されている汎用の熱交換器（例え
ば、プレート式のもの）によって容易かつ安価に実現で
きる。

【００１９】また、超臨界状態又は亜臨界状態を作る熱
源は、バーナ３でのガス燃料Ｃ１又は液体燃料Ｄ１の燃
焼であるため、そのために外部から電力を供給する必要
もないし、これら燃料として回収したオフガスＨ３や油
Ｇ２を使用すれば、そのために外部から燃料を供給する
必要もなく実用性が高い。しかも本形態例では、熱媒
（この場合、空気Ｅ２）を媒介として熱交換するスラリ
冷却器１２とスラリ予熱器１１が設けられており、分解
反応後のスラリＡ２と熱媒との間で熱交換を行って熱回
収するとともに、この熱回収により昇温された熱媒と分
解反応前のスラリＡ１との間で熱交換を行って分解反応
前のスラリＡ１を予め加熱する。このため、分解反応後
のスラリＡ２の熱の多くを系内で利用して、このスラリ
Ａ２の熱として系外に捨てられる熱エネルギを最小限と
し、熱効率向上により貢献できる。しかも、このために
必要な熱交換器（この場合、スラリ冷却器１２とスラリ
予熱器１１）は、前述したように、一方の流体（つま
り、スラリ側）のみが高圧なものとなるため、メンテナ
ンス作業の容易性を確保しつつ、比較的安価なものとし
て実現できる。

【００２０】なお図３（ａ）は、図１に示した装置構成
を前提として、発明者らが行ったシミュレーション結果
である。なお、図３（ａ）におけるストリームＮＯ．
（Ｓ１〜Ｓ７）は、図１中の同符号部分の流体に対応し
ている。例えば、Ｓ１は、スラリ予熱器１１の前流にお
けるスラリＡ１を意味しており、Ｓ２は、スラリ冷却器
１２の前流におけるスラリＡ２を意味している。またこ
のシミュレーションでは、回収油Ｇ２（Ｓ３）として重
油を多く含む油が回収できるように条件設定しており、
スラリＡ１の反応圧力を２５０ｋｇｆ／ｃｍ²とし、ま
た、各部の温度を図１の囲み線（長方形）内又は図３
（ａ）に示す如く想定している。例えば、スラリ予熱器
１１の前流におけるスラリＡ１の温度を２５℃とし、ス
ラリ予熱器１１の後流（加熱炉２の前流）におけるスラ
リＡ１の温度を３７０℃とし、スラリ冷却器１２の前流
におけるスラリＡ２の温度を５２０℃とし、スラリ冷却
器１２の後流におけるスラリＡ２の温度を１６５℃と
し、燃焼ガスＢ１の入口温度を６６０℃とし、予熱器７
の前流における排ガスＢ２の温度を５１０℃とし、予熱
器７の後流における排ガスＢ２の温度を９０℃とし、空
気Ｅ１の予熱器７の後流における温度を４４５℃として
いる。また、装置各部の寸法や材料等の仕様、或いは各
機器の具体的機種や容量等の仕様は、後述する実証機
（図２）と基本的に同等に想定している。

【００２１】また、装置の規模（容量）としては、水の
流量が約１２５ｋｇ／ｈに対してプラスチック処理量が
定格で約４２ｋｇ／ｈ（スラリ濃度が約２５重量％）の
ものを想定しているが、この場合には、図３（ａ）に示
す如く、水の流量が１２５．９ｋｇ／ｈに対してプラス
チック処理量が１４．０ｋｇ／ｈ（スラリ濃度が約１０
重量％）としてシミュレーションを行っている（つま
り、悪条件を想定している）。また、オフガスＨ３の全
量をそのままガス燃料Ｃ１（Ｓ４）として使用し、液体
燃料Ｄ１（Ｓ５）としては外部から重油を供給する場合
を想定している。このシミュレーションの結果、図３
（ａ）に示すように、液体燃料Ｄ１として供給すべき重
油（Ｓ５）の量は１．０ｋｇ／ｈとなり、これに対し
て、油Ｇ２（回収油Ｓ３）として回収される油の量は
６．８ｋｇ／ｈとなった。この場合、熱効率は、約８０
％と高い値となる。すなわち、このシミュレーションの
結果からも、図１のような構成とすれば、高い熱効率が
達成でき、しかも所望の成分（この場合重油）を多量に
含む油が回収できることが分かる。なお、このシミュレ
ーションでは、前述したように、装置の定格容量に対し
て格段に少ない量のプラスチックを処理する場合（放熱
の割合が大きく熱効率の点で不利な状況）を想定してい
るため、実際に規定量のプラスチックを処理する場合に
は、さらに高い熱効率が得られるものと考えられる。

【００２２】（比較例）次に、図２及び図３（ｂ）によ
り比較例を説明する。この比較例は、発明者らが実際に
行った実証試験（超臨界水によるプラスチック油化処理
の実用可能性を実証する試験）であり、図２はその試験
装置（実証機）の構成を示す図である。なお、図１に示
した装置と同様の構成要素については、同符号を付して
重複する説明を省略する。まず、装置構成を説明する。
図２に示した本試験装置は、図１に示した前述の装置に
比較して次のような特徴を有する。即ち、図１の装置に
おける予熱器７、スラリ冷却器１２、及びスラリ予熱器
１１の代わりに、スラリＡ１の第１予熱器２１と第２予
熱器２２、及び、スラリＡ２から熱回収して空気Ｅ１を
加熱する予熱器２３を備えている。そして、バーナ３に
は、空気Ｅ１に加えて常温の空気Ｅ３（流量は３００ｍ
³Ｎ／ｈ）を別途供給している。

【００２３】ここで、第１予熱器２１と第２予熱器２２
は、スラリＡ１の流通路における管式連続反応器５の前
流側に順次直列に接続され、加熱炉２内に配置されたコ
イル状の管体よりなるもので、このうち第１予熱器２１
は、加熱炉２の胴体４内の上部（ガス出口４ｂに最も近
い位置）に配置され、一方第２予熱器２２は、加熱炉２
のガス入口４ａ内に配置されている。この場合、スラリ
Ａ１は、まず第１予熱器２１に導入されて、ガス出口４
ｂ付近の比較的低温の燃焼ガスＢ１の熱で加熱され、次
いで第２予熱器２２に導入されて、ガス入口４ａ内の高
温の燃焼ガスＢ１の熱で加熱され、所定の反応温度に到
達した状態で、管式連続反応器５に導入される。なお、
この場合の管式連続反応器５は、ここに導入されるスラ
リＡ１の温度が図１の装置に比べて高い（既に所定の反
応温度に到達している）ので、図１の装置に比べて例え
ば長さがその分短い。また、予熱器２３は、ファン６に
より圧送される空気Ｅ１が流通する胴体２３ａ内に、加
熱炉２を出た分解反応後のスラリＡ２が流通するコイル
状の管体２３ｂが配設されてなる熱交換器であり、スラ
リＡ２の熱で空気Ｅ１を加熱する（空気Ｅ１への熱回収
でスラリＡ２を冷却する）。

【００２４】次に、試験条件及び試験結果を説明する。
なお、図３（ｂ）におけるストリームＮＯ．（Ｓ１〜Ｓ
７）は、前述の形態例（シミュレーション）の場合と同
様に、図２中の同符号部分の流体に対応している。また
この実証試験（廃プラスチックの油化処理実験）は、前
述の形態例の場合と同様に、回収油Ｇ２（Ｓ３）として
重油を多く含む油が回収できるように条件設定してお
り、スラリＡ１の反応圧力を２５０ｋｇｆ／ｃｍ²とし
ている。また各部の温度は、図２の囲み線（長方形）内
又は図３（ｂ）に示す値とした。例えば、第１予熱器２
１の前流におけるスラリＡ１の温度は２５℃、第１予熱
器２１の後流（第２予熱器２２の前流）におけるスラリ
Ａ１の温度は３５０℃、第２予熱器２２の後流（管式連
続反応器５の前流）におけるスラリＡ１の温度は５００
℃、空気Ｅ１の予熱器２３の前流におけるスラリＡ２の
温度は５１０℃、予熱器２３の後流におけるスラリＡ２
の温度は２２０℃、排ガスＢ２の温度は３７０℃、空気
Ｅ１の予熱器２３の後流における温度は２１０℃に設定
又は調整した。また、図示省略しているが、燃焼ガスＢ
１の温度は、第２予熱器２２の後流（管式連続反応器５
の前流）で５５０℃程度となっていた。

【００２５】また、試験装置の規模（容量）は、水の流
量が約１２５ｋｇ／ｈに対してプラスチック処理量が定
格で約４２ｋｇ／ｈ（スラリ濃度が約２５重量％）のも
のであるが、この場合にも、図３（ｂ）に示す如く、水
の流量が１２５．９ｋｇ／ｈに対してプラスチック処理
量を１４．０ｋｇ／ｈ（スラリ濃度が約１０重量％）と
して試験を行っている。また、オフガスＨ３の全量をそ
のままガス燃料Ｃ１（Ｓ４）として使用し、液体燃料Ｄ
１（Ｓ５）としては外部から重油を供給した。この試験
の結果は、図３（ｂ）に示すように、液体燃料Ｄ１とし
て供給すべき重油（Ｓ５）の量は１３．６ｋｇ／ｈとな
り、これに対して、油Ｇ２（回収油Ｓ３）として回収さ
れる油の量は６．８ｋｇ／ｈとなった。この場合、熱効
率は、マイナスの値となる。但し、得られた油Ｇ２（回
収油Ｓ３）は、所望の成分（この場合重油）を多量に含
む良質なものであった。すなわち、図２のような構成で
は、所望の成分（この場合重油）を多量に含む油が回収
できるものの、高い熱効率が達成困難であることが分か
る。なおこの試験は、前述したように、装置の定格容量
に対して格段に少ない量のプラスチックを処理する条件
（放熱の割合が大きく熱効率の点で不利な状況）で行っ
ているため、実際に規定量のプラスチックを処理する場
合には、ある程度の熱効率が得られるものと考えられる
が、それでも数十％程度あたりに熱効率の限界があるも
のと考えられる。この一番の原因は、排ガスＢ２（温度
３７０℃）の熱として系外に捨てられるエネルギの多大
な損失であり、本発明はこのエネルギの多大な損失を問
題なく解消しているものである。

【００２６】なお、本発明は前述の形態例に限られず、
各種態様があり得る。例えば、図２に示した装置におけ
る第１予熱器２１又は第２予熱器２２のうち、いずれか
一方又は両方と同様の構成を、図１の装置において設置
してもよい。このような予熱器を設けて、例えば所定の
反応温度までの昇温をこの予熱器の部分で行うようにす
れば、管式連続反応器５が実現すべき機能が明確になり
（即ち、所定の反応温度を所定時間保持するだけの機能
でよくなり）、反応条件（特に温度条件）の設定や調整
が容易になる利点がある。また、図１の装置において、
スラリ予熱器１１及びスラリ冷却器１２の熱媒として使
用した空気Ｅ２は、スラリ予熱器１１を出た後に大気放
出する態様に限られず、その一部又は全部をファン１３
の吸気側に戻して循環させてもよいし、その一部又は全
部をファン６の吸気側に供給して空気Ｅ１として使用す
ることもできる。但し、排ガスＢ２やスラリＡ２からの
熱回収の容易性、或いは、各熱交換器７，１１，１２で
の熱の移動量や流体温度の設定又は調整の容易性の点で
は、温度が安定した常温の大気のみをファン６やファン
１３で吸気する構成が好ましい。また、空気Ｅ２に代わ
る熱媒として、例えば水を使用してもよい。但し、水を
使用すると、排水処理が必要になるし、材料腐食の問題
も生じるので、その点では、そのような問題のない空気
が優れている。

【００２７】また、排ガスＢ２の熱（燃焼ガスＢ１の予
熱）で、空気Ｅ１の代わりに、或いは空気Ｅ１ととも
に、ガス燃料Ｃ１と液体燃料Ｄ１のいずれか一方又は両
方を予め加熱するようにしてもよい。例えば、排ガスＢ
２が高温側流体として順次流通する二つの予熱器を設け
て、上流側の予熱器でオフガスＨ３を加熱してガス燃料
Ｃ１（又はその一部）としてバーナ３に供給し、下流側
の予熱器でファン６から圧送される空気を加熱して空気
Ｅ１としてバーナ３に供給する構成などがあり得る。ま
た、例えば周辺のプラントなどから酸素ガスが供給可能
である場合などには、空気Ｅ１の代わりにその酸素ガス
を使用してもよいことはいうまでもない。また、バーナ
３の燃料としては、ガス燃料か液体燃料のいずれか一方
を使用してもよい。また、廃プラスチックの分解により
回収されたガスや油を、バーナ３の燃料としては使用せ
ず、バーナ３の燃料を別個に供給する構成でも当然よ
い。但し一般的には、系外から別途燃料を供給すること
は、好ましくない場合が多い。また、廃プラスチックの
分解により回収する成分は、必ずしも揮発性の低いもの
に限られない、極端なケースとしては、全てガスとして
回収するような態様もあり得るし、ガソリンなどの揮発
性の高い成分を多量に含む油として回収してもよい。但
し、重油のように揮発性が低く引火点の高い油は、ハン
ドリング性及び取り扱いの容易性の点では優れているの
で、そのような観点からは、なるべく重油を多く含むか
たちで回収すべきである。ちなみに、反応温度と反応時
間等の設定又は調整によって、このような回収成分の変
更や設定が可能であることは、周知のとおりである。ま
た、図１に示した予熱器７のような熱交換器（燃焼ガス
の予熱により酸素含有ガス等を加熱する本発明の予熱
器）は、必ずしも加熱炉２と別体として構成する必要は
なく、加熱炉２内（例えばガス出口４ｂ内）に組み込む
こともできるのは、いうまでもない。

【００２８】

【発明の効果】本発明の廃プラスチックの処理方法及び
装置によれば、燃焼ガスの余熱により、燃焼用の燃料又
は／及び酸素含有ガスが燃焼反応の前に予め加熱され
る。いいかえれば、燃焼ガスの余熱がスラリの加熱と無
関係に回収されて、スラリ加熱用の熱エネルギとして循
環使用される。このため、プラスチックの分解反応の処
理条件の設定に悪影響を及ぼすことなく、燃焼ガスの余
熱を十分に回収し、全体的な熱効率を格段に高めること
ができる。即ち、燃焼反応により生じた熱エネルギが、
スラリの加熱後に仮に多量に余っても、これをスラリ加
熱のための熱交換とは別個独立の熱交換（予熱器での熱
交換）によって十分回収する構成とすることができる。
このため、燃焼反応や燃焼ガスの温度条件、スラリを加
熱する加熱炉の仕様やスラリ流量などについては、それ
自体では熱経済性を無視して（つまり、燃焼ガスの余熱
として多量の熱エネルギが余ることを考慮することな
く）、プラスチックから所望のガス又は油を回収するた
めの最適条件に的を絞って設定できる。いいかえれば、
燃焼反応や燃焼ガスの温度条件、加熱炉の仕様やスラリ
流量などについては、それ自体で熱経済性を特に考慮す
る必要がなくなるため、プラスチックから所望のガス又
は油を回収するための設計や運転時の調整（例えば、ス
ラリの流量調整や燃焼反応の火力調整等）の自由度が高
まり、プラスチックの種類や濃度或いは処理流量が変動
しても、所望のガス又は油をより安定的に回収すること
が容易になる。したがって、廃プラスチックから所望の
油又はガスが容易に回収でき、しかも熱経済性を従来よ
りも格段に向上させることができる。

【００２９】また、燃焼ガスの余熱を回収する本発明の
予熱器は、排プラスチックのスラリに比較すれば格段に
低圧の流体間で熱交換を行うものとなるので、市販され
ている汎用の熱交換器（例えば、プレート式のもの、或
いはシェルアンドチューブ構造のもの）によって、容易
かつ安価に実現できる利点がある。また本発明では、超
臨界状態又は亜臨界状態を作る熱源が燃料の燃焼である
ため、そのために外部から電力を供給する必要もない
し、廃プラスチックを分解して得られたガスや油をこの
燃料として使用すれば、そのために外部から燃料を供給
する必要もなく実用性が高い。

【００３０】また、請求項２又は４記載のように、分解
反応後のスラリと熱媒（例えば、空気）との間で熱交換
を行って熱回収するとともに、この熱回収により昇温さ
れた熱媒と分解反応前のスラリとの間で熱交換を行って
分解反応前のスラリを予め加熱する構成とした場合に
は、次のような効果がある。即ち、分解反応後のスラリ
の熱の多くを系内で利用して、このスラリの熱として系
外に捨てられる熱エネルギを最小限とし、熱効率向上に
より貢献できる。しかも、このために必要な熱交換器
は、一方の流体（つまり、スラリ側）のみが高圧なもの
となるため、メンテナンス作業の容易性を確保しつつ、
比較的安価なものとして実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例である廃プラスチック処理装置を
示す図である。

【図２】本発明の比較例である廃プラスチック処理装置
を示す図である。

【図３】本発明の一例及び比較例の性能を示す図であ
る。

【符号の説明】

２加熱炉３バーナ（燃焼器）４胴体５管式連続反応器（管体）７予熱器１１スラリ予熱器１２スラリ冷却器２１第１予熱器（管体）２２第２予熱器（管体）Ａ１スラリ（分解反応前のスラリ）Ａ２スラリ（分解反応後のスラリ）Ｂ１燃焼ガスＢ２排ガスＣ１ガス燃料Ｄ１液体燃料Ｅ１空気（酸素含有ガス）Ｅ２空気（熱媒）Ｇ２回収油（廃プラスチックから変換した油）Ｈ３オフガス（廃プラスチックから変換したガス）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田畑正敬東京都千代田区丸の内二丁目５番１号三菱重工業株式会社内 (72)発明者今井哲也広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者松原亘広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者斎藤喜久宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社研究開発センター内 (72)発明者永野貢宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社研究開発センター内 (72)発明者小野塚輝夫宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社研究開発センター内 (72)発明者守谷武彦宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社研究開発センター内Ｆターム(参考） 4F301 CA09 CA24 CA32 CA34 CA41 CA52 CA61 CA72 CA73 4H029 CA01 CA05 CA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を酸素含有ガスと燃焼反応させて生
じる熱により、廃プラスチックと水を混合してなるスラ
リを加熱し、このスラリ中の水を超臨界状態又は亜臨界
状態とすることによって、前記廃プラスチックの分解反
応を生じさせ、前記廃プラスチックを油又はガスに変換
する廃プラスチックの処理方法において、前記燃焼反応により生じた燃焼ガスの余熱により、前記
燃料又は／及び酸素含有ガスを前記燃焼反応の前に予め
加熱する構成としたことを特徴とする廃プラスチックの
処理方法。
【請求項２】前記分解反応後のスラリと熱媒との間で
熱交換を行って熱回収するとともに、この熱回収により
昇温された熱媒と前記分解反応前のスラリとの間で熱交
換を行って前記分解反応前のスラリを予め加熱すること
を特徴とする請求項１記載の廃プラスチックの処理方
法。
【請求項３】燃料を酸素含有ガスと燃焼反応させる燃
焼器と、この燃焼器の燃焼反応により生じた燃焼ガスが
流通する胴体と、この胴体内又は前記燃焼器の近傍に配
設された管体とを有する加熱炉を備え、廃プラスチック
と水を混合してなるスラリを前記管体に流通させて前記
スラリを加熱し、前記スラリ中の水を超臨界状態又は亜
臨界状態とすることによって、前記廃プラスチックの分
解反応を生じさせ、前記廃プラスチックを油又はガスに
変換する廃プラスチックの処理装置において、前記胴体を含む前記燃焼ガスの流通過程における前記管
体よりも後流位置に設置され、前記燃焼ガスの余熱によ
り、前記燃料又は／及び酸素含有ガスを前記燃焼反応の
前に予め加熱する予熱器を設けたことを特徴とする廃プ
ラスチックの処理装置。
【請求項４】前記加熱炉の管体から導出された分解反
応後のスラリと熱媒との間で熱交換を行って熱回収する
スラリ冷却器と、このスラリ冷却器での熱回収により昇
温された熱媒と、前記加熱炉の管体に導入される分解反
応前のスラリとの間で熱交換を行って、前記分解反応前
のスラリを予め加熱するスラリ予熱器とを、さらに設け
たことを特徴とする請求項３記載の廃プラスチックの処
理装置。