JP2003041266A - プラスチックの熱分解方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 管型の反応器を使用してプラスチックを熱分
解する際に、反応器２内部に生成する炭化物を検知して
反応器が閉塞することを予防する。 【構成】 反応器２の入口側の圧力を圧力検出手段８で
検出するか、または反応器２の外表面温度を温度検出手
段９で検出し、その検出圧力または検出温度の上昇から
反応器２内部の炭化物生成を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃プラスチックなど
のプラスチックを熱分解して有用成分を回収する熱分解
方法および熱分解装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、大量に排出される廃プラスチ
ック（以下、単にプラスチックという）を酸素の不存在
下に高温で熱分解し、発生する生成ガスから化学原料や
燃料などに利用できる有用成分を回収する熱分解法が広
く採用されている。ポリスチレンなどのスチレン系プラ
スチックやポリエチレンなどのオレフィン系プラスチッ
クは熱分解して化学原料や燃料として回収するのに適し
たプラスチックである。例えばこれらのプラスチックを
熱分解することにより重油、軽油、ガソリンなどの燃料
として回収することができる。また、スチレン系プラス
チック等の熱分解によりスチレンモノマーを回収するこ
ともできる。

【０００３】一方、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）やポリ
エチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、熱硬化性樹脂など
は熱分解に適さない。一般的に廃プラスチックは熱分解
に適するものと不適なものが混在しているので、通常、
分別工程によりそれらを分別して熱分解に適するプラス
チックのみを熱分解装置に供給することが多い。しかし
熱分解に適さないプラスチック、例えばＰＶＣを前工程
で分解して脱塩化水素処理を行ってから熱分解する方法
も一部には採用されている。

【０００４】熱分解は熱分解装置により行われるが、一
般的な熱分解装置として槽型の熱分解容器を備えたもの
と、管型の反応器を備えたものの２種が開発されてい
る。槽型の熱分解容器は容器内に溶融プラスチックを大
量に保有し、ある程度の滞留時間を掛けて熱分解する場
合に適しており、連続運転またはバッチ運転のいずれの
運転方式にも適用できる。

【０００５】バッチ運転方式の場合は熱分解容器内にプ
ラスチックを一定量バッチ的に供給し、密閉状態で熱分
解反応を行う処理を繰り返すもので、処理終了の都度、
熱分解容器内を冷却するので一般に処理効率が低い。従
って処理効率を高めるためには連続運転方式が望まし
い。

【０００６】管型の反応器は細長い管状を有し、一方の
端部である入口部から供給されたプラスチックが管内を
通過する間に周囲から加熱されて溶融、熱分解し、発生
した生成ガスが他方の端部である出口部から排出するよ
うになっている。管型の反応器は内容積が小さいため溶
融プラスチックの滞留量も少なく、反応時間が短いとい
う特徴があり、専ら連続運転方式に適用される。特にポ
リスチレンを熱分解する場合には、高温且つ高速で熱分
解できる管型の反応器を使用することが望ましい。

【０００７】プラスチックを管型の反応器に連続的に供
給する場合、供給装置で溶融プラスチックにしてから反
応器に供給する方法が一般に採用される。供給装置とし
てはプラスチックの射出成形機として使用される押出機
と同様なものが用いられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】槽型の熱分解容器でプ
ラスチックを熱分解する場合と同様に、管型の反応器で
連続的にプラスチックを熱分解すると、反応器内にはコ
ーキングと呼ばれる炭化物が次第に付着してくる。炭化
物が時間と共に成長すると、やがて管内を閉塞してそれ
以上の熱分解の継続が不可能になる。運転中に閉塞現象
を検知せずにそのまま反応器の加熱運転を継続すると、
ある限界を超えた時点で内部圧力が急激に上昇し、５０
０℃以上の高温状態になって耐応力性が低下している反
応器は、最悪の場合、破裂事故を起こすおそれもある。

【０００９】そこで本発明は、管型の反応器で連続的に
プラスチックを熱分解する際のこのような問題を解決す
ることを課題とし、そのための新しい熱分解方法の提供
を目的とする。また本発明はその熱分解方法を実施する
ために好適な熱分解装置を提供することも目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明に係る第
１の熱分解方法は、管型の反応器の入口側から分解すべ
きプラスチックを供給し、加熱により生成した熱分解生
成物を出口側から排出するようにした熱分解方法におい
て、前記反応器の入口側圧力を検出し、その検出圧力の
上昇から反応器の内部における炭化物の生成を検知する
ことを特徴とする。（請求項１）

【００１１】また、本発明に係る第２の熱分解方法は、
管型の反応器の入口側から分解すべきプラスチックを供
給し、加熱により生成した熱分解生成物を出口側から排
出するようにした熱分解方法において、前記反応器の外
表面温度を検出し、その温度上昇から反応器の内部にお
ける炭化物の生成を検知することを特徴とする。（請求
項２）

【００１２】さらに、本発明に係る熱分解装置は、管型
の反応器の入口側から分解すべきプラスチックを供給
し、加熱により生成した熱分解生成物を出口側から排出
するようにした熱分解装置において、反応器の入口側圧
力を検出する圧力検出手段または反応器の外表面温度を
検出する温度検出手段を設けたことを特徴とする。（請
求項３）上記熱分解装置において、圧力検出値または温
度検出値が所定値を超えたとき、反応器の運転を停止す
る制御装置を設けることができる。（請求項４）

【００１３】

【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装
置のプロセスフロー図である。図中、１は熱分解装置、
２は管型の反応器、２ａは反応器２の入口部、２ｂは反
応器２の出口部、３は反応器２を周囲から加熱する加熱
部、３ａは加熱ガス入口部、３ｂは加熱ガス出口部、４
は供給装置、５は溶融部、６は押出部、７は凝縮器、８
は圧力検出手段、９は温度検出手段、１０は制御装置、
１１は溶融プラスチックの供給配管、１２は熱分解生成
物の排出配管である。

【００１４】反応器２は耐熱性を有する金属管であり、
例えばステンレス管が使用される。反応器２の内容積は
時間あたり熱分解量やプラスチックの種類などに応じて
決められるが、例えば内径５０ｍｍ、長さ１ｍの反応器
２では、１時間あたり１〜１０Ｋｇの熱分解処理ができ
る。

【００１５】加熱部３は耐火断熱材などでダクト状に形
成した熱交換室を有し、その熱交換室を貫通するように
前記反応器２が配置される。そして図示しない加熱ガス
発生器からの加熱ガスが加熱ガス入口部３ａから導入
し、反応器２と熱交換して加熱ガス出口部３ｂから排出
するようになっている。加熱ガス発生器は重油などを燃
焼し、発生する高温（例えば７００℃程度）の燃焼ガス
を加熱ガスとして反応器２に供給する。なお加熱部３は
小規模であれば電気ヒータにより加熱する方式であって
もよい。

【００１６】供給装置４は一般にプラスチックの射出成
形機として使用されている押出機と同様なものを用いる
ことができる。供給装置４はプラスチックを１５０〜２
５０℃程度に加熱して溶融する溶融部５と、駆動モータ
で定速回転する押出しスクリューを内臓した押出部６を
有し、押出部６の出口部はヒータにより２００℃程度に
加熱・保温された供給配管１１に接続される。

【００１７】凝縮器７は反応器２で生成する分解ガスを
冷却し液成分を凝縮により分離するもので、管胴の中に
複数の冷却配管を配置したシェルアンドチューブ式を用
いることができる。また２重管式や空冷式のものも使用
できる。なお凝縮器７から排出する液成分またはガス成
分は、図示しない蒸留装置で蒸留精製してモノマー成分
等として回収することもできる。そのような蒸留装置と
しては充填塔式や棚段式のものを使用できる。

【００１８】圧力検出手段８は反応器２の入口側の内部
圧力を検出するもので、一般的にプラント設備で慣用さ
れ、圧力検出範囲が０〜数十ＭＰａ程度の圧力発信器を
使用することができる。温度検出手段９は反応器２の外
表面温度を検出するもので、一般的にプラント設備で慣
用され、温度検出範囲が０〜８００℃程度の熱電対式ま
たは抵抗式の温度発信器を使用することができる。この
温度検出手段９の保護管直径は数ミリ程度であるから、
直接反応器２の外表面に溶接してもよいし、あるいはス
テンレスバンドのような耐熱性の固定具で反応器２に固
定してもよい。

【００１９】制御装置１０は温度検出手段９または圧力
検出手段８の検出値が予め設定した値を超えたときに、
図示しない操作盤などに警報を発すると共に、供給装置
４の運転を停止するものである。制御装置１０としてマ
イクロコンピュータ装置を使用し、そのメモリに格納さ
れた制御プログラムに従って上記制御を行うことができ
る。なお制御装置１０は供給装置４を停止すると共に、
加熱部３の加熱操作を停止する制御を行うこともでき
る。加熱部３の加熱操作を停止するには、例えば加熱ガ
ス供給用のダクトに開閉ベーンを設け、その開閉ベーン
を制御装置１０からの停止信号により閉鎖する。

【００２０】次に図１の熱分解装置を使用してプラスチ
ックを熱分解する方法について説明する。先ず、予め１
０ｍｍ程度の平均粒径に粉砕したプラスチックを貯蔵タ
ンクやフレコンなどに貯蔵しておき、それをエアローダ
などの連続供給手段により供給装置４に供給する。供給
装置４に供給されたプラスチックは、その溶融部５でヒ
ータにより加熱されるが、温度が２００℃程度になって
から押出部６を運転して反応器２への溶融プラスチック
供給を開始する。

【００２１】押出部６の回転速度は最初数回転／分程度
のゆっくりした速度で開始し、ある程度反応器２への供
給がスムーズになった時点で規定の回転速度にする。な
お押出部６の回転速度（回転数／分）と溶融プラスチッ
クの供給量は線形に比例する特性があるので、予め供給
量と回転速度の関係をデータとして取得しておくことに
より、希望する供給量を正確に設定することができる。

【００２２】供給装置４で１５０〜２５０℃程度に加熱
された溶融したプラスチックは、密閉系を形成する供給
配管１１を経て１〜５ＭＰａ程度の圧力で反応器２の入
口部２ａに導入する。反応器２に導入された溶融プラス
チックは、加熱部３による周囲からの加熱により熱分解
し、一部が分解ガスになり、残りは粘性のある液体の状
態で反応器２内を出口部２ｂに向かって移動する。そし
て液体部分は移動する間に徐々に熱分解して分解ガスに
変換され、出口部２ｂから排出配管１２を経て凝縮器７
に排出される。液状に生成油のみを回収する場合は凝縮
操作のみ行い、ガソリン、軽油、重油などに分解して回
収する場合や、ポリスチレンからスチレンモノマーを回
収する場合などは、さらに蒸留装置で蒸留処理を行う。

【００２３】プラスチックを連続的に熱分解する場合、
反応器２の入口側（入口部２ａおよびその近傍）と出口
側（出口部２ｂとその近傍）の圧力はほぼ同じになる。
すなわち、供給装置４から排出する溶融プラスチックの
圧力は、高粘度の溶融プラスチックを供給配管１１内に
通過させるため数ＭＰａ程度の高圧になっているが、反
応器２に入るとすぐに熱分解が始まり粘度が下がるの
で、反応器２の入口側の圧力は殆ど出口側と同じにな
る。従って、例えば凝縮器７が常圧運転するときは、反
応器２の入口側の圧力も常圧になる。

【００２４】一方、反応器２内に炭化物が成長してくる
と、生成ガスおよび液体の通過面積がそれに応じて減少
し、反応器２の入口側の圧力は次第に上昇する。この圧
力は圧力検出手段８により検出され、その検出値は常に
制御装置１０により監視される。制御装置１０には正常
運転時の圧力より例えば０．１〜１ＭＰａ高い圧力が設
定され、検出圧力がその設定圧力を超えたとき、制御装
置１０から警報信号を出力すると共に、熱分解運転を自
動的に停止する制御信号が出力される。

【００２５】すなわち前記のように制御装置１０は供給
装置４の運転を停止し、必要により加熱部３の加熱運転
も停止する。そして停止後に反応器２の内部温度が低下
したら、内部を清掃して炭化物などの閉鎖原因物を除去
する。反応器２内部の清掃方法としては、例えば細長い
ブラシなどの工具により機械的に除去する方法、細長い
パイプの先端に設けた酸素バーナなどで燃焼させて除去
する方法などを採用することができる。なお制御装置１
０を設けない場合は、圧力検出手段８の検出値を図示し
ない操作盤などに伝送し、そこで警報装置を作動させて
反応器２内の炭化物の生成限界を知らせ、運転員に適切
な処置をとらせるようにする。

【００２６】反応器２内の炭化物生成の程度は、反応器
２の外表面温度を検出する温度検出手段９によって行う
こともできる。すなわち、正常運転時の反応器２の外表
面温度は加熱ガス温度より１００〜２００℃程度低い値
になることが分かっている。しかし反応器２内に炭化物
が生成すると、炭化物は熱伝導率が低いため、反応器２
の表面から内部への熱伝導が低下しそれに応じて外表面
温度が上昇し、最終的には加熱ガス温度と同じレベルま
で達する。従って反応器２の外表面温度を検出すること
によって、反応器２内の炭化物生成の程度を検知するこ
とができる。

【００２７】反応器２内の炭化物生成が入口部２ａから
出口部２ｂにかけて均一に生成する場合は、代表的な位
置として反応器２のほぼ中央の外表面に温度検出手段９
の検出部を配置すればよいが、炭化物が反応器２の長手
方向に不均一に生成するおそれがある場合は、その長手
方向に沿って温度検出手段９を所定間隔（例えば０．５
〜１ｍ間隔）で複数配置することが望ましい。その場合
には、制御装置１０は複数の温度検出手段９の検出値を
スキャニングし、いずれかの温度検出手段９の検出値が
予め設定された値を超えたとき、前記のような警報およ
び制御信号を出力する。

【００２８】上記の例では圧力検出手段８または温度検
出手段９のいずれかを設けているが、これら圧力検出手
段８および温度検出手段９の両方を設けることもでき
る。その場合には、圧力検出手段８または温度検出手段
９のいずれかの検出値が予め設定された値を越えたと
き、制御手段１０は前記警報信号および制御信号を出力
する。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明に係る第１の熱分解
方法は、反応器の入口側圧力を検出し、その検出圧力の
上昇から反応器の内部における炭化物の生成を検知する
ことを特徴とするので、その検出圧力から反応器内の炭
化物の成長程度を検知し、反応器の閉塞を予防すること
ができる。

【００３０】また、本発明に係る第２の熱分解方法は、
反応器の外表面温度を検出し、その温度上昇から反応器
の内部における炭化物の生成を検知することを特徴とす
るので、その検出温度から反応器内の炭化物の成長程度
を検知し、反応器の閉塞を予防することができる。

【００３１】さらに、本発明に係る熱分解装置は、反応
器の入口側圧力を検出する圧力検出手段または反応器の
外表面温度を検出する温度検出手段を設けたことを特徴
とし、本装置を使用することにより、圧力検出手段によ
る圧力検出値、または温度検出手段による温度検出値か
ら反応器内の炭化物の成長程度を検知し、反応器の閉塞
を予防することができる。

【００３２】上記熱分解装置において、圧力検出値また
は温度検出値が所定値を超えたとき、反応器の運転を停
止する制御装置を設けることができ、それによって炭化
物の成長が所定の量を越えたときに反応器の運転を自動
的に停止し、閉塞事故の発生を確実に防止することがで
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装置のプロセス
フロー図。

【符号の説明】 １ 熱分解装置 ２ 反応器 ２ａ 入口部 ２ｂ 出口部 ３ 加熱部 ３ａ 加熱ガス入口部 ３ｂ 加熱ガス出口部 ４ 供給装置 ５ 溶融部 ６ 押出部 ７ 凝縮器 ８ 圧力検出手段 ９ 温度検出手段 １０ 制御装置 １１ 供給配管 １２ 排出配管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管型の反応器(2) の入口側から分解すべ
   きプラスチックを供給し、加熱により生成した熱分解生
   成物を出口側から排出するようにした熱分解方法におい
   て、前記反応器(2) の入口側圧力を検出し、その検出圧
   力の上昇から反応器(2) の内部における炭化物の生成を
   検知することを特徴とするプラスチックの熱分解方法。
2. 【請求項２】 管型の反応器(2) の入口側から分解すべ
   きプラスチックを供給し、加熱により生成した熱分解生
   成物を出口側から排出するようにした熱分解方法におい
   て、前記反応器(2) の外表面温度を検出し、その温度上
   昇から反応器(2) の内部における炭化物の生成を検知す
   ることを特徴とするプラスチックの熱分解方法。
3. 【請求項３】 管型の反応器(2) の入口側から分解すべ
   きプラスチックを供給し、加熱により生成した熱分解生
   成物を出口側から排出するようにした熱分解装置におい
   て、反応器(2) の入口側圧力を検出する圧力検出手段
   (8) または反応器(2) の外表面温度を検出する温度検出
   手段(9) を設けたことを特徴とするプラスチックの熱分
   解装置。
4. 【請求項４】 圧力検出値または温度検出値が所定値を
   超えたとき、反応器(2) の運転を停止する制御装置(10)
   を設けたことを特徴とする請求項３に記載のプラスチッ
   クの熱分解装置。