JP2005272529A - 廃棄プラスチックの油化設備 - Google Patents

Abstract

【課題】熱分解槽などの閉塞やガス漏れのない安定な連続操業ができて、また、熱分解過程の残渣への油分や樹脂および分解ガス中への高沸点油分の混入が防止されて、分離度の優れた廃棄プラスチックの油化設備の提供。
【解決手段】熱分解槽２が、有底の横長の胴体２０内の入り口側に廃棄プラスチックを供給する供給部１１と、胴体内底部２１に入口側からプラスチックを出口側に搬送する胴体内給送手段３と、胴体２０の出口側に残渣を排出させる排出部５１と、供給部１１で低く他方端部の排出部５１で高くなるように傾斜状態で横置きされた胴体２０を加熱して胴体内部のプラスチックを溶融分解してガス化させる加熱炉室４とから成り、ガス出口部２６が、胴体２０のほぼ中央部の上部に設けられている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、廃棄プラスチックを熱分解して油を得る油化設備に関し、特に、プラスチックの熱分解油化において連続運転が可能で、品質の良い燃料油を製造するための油化設備に関する。

廃棄されるプラスチック製品の最良のための回収には、プラスチックを熱分解して、液状の油として回収する設備が知られている。さらに、分解油を、軽質油と重質油などに分溜して得るものがある。

プラスチックの熱分解油化法では、生産量の多いポリプロピレン(ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン(ＰＳ）などの廃材を利用して、原料プラスチックから重量で約８０％が液状油として得られ、残りは約１５％の常温凝縮不可能なガス（約１５％）と固形残渣として、約５％のカーボンを含むスラッジである。このことから、プラスチックの油化は、廃棄プラスチックを効率的に利用することのできる一つの有効な解決策である。

従来のプラスチックの油化装置の一例として、特許文献１には、原料の廃プラスチックを装入して熱分解させる熱分解釜と、釜内の下底部から釜外へ通じる排出路とを有し、供給部から熱分解釜に供給し、熱分解釜内において供給されたプラスチックを加熱して溶融分解してガス化し、分解ガスを釜上のガス出口部から凝縮装置へ送り出すと共に、上記の排出路の底部に沿ってスラッジ排出用のスクレーパコンベアを配設して、釜底部に残留したスラッジを排出路に沿って釜外に排出させてスラッジを除去させるものであった。排出部から排出させて、その後の凝縮装置において分解ガスを冷却して油を生成するものである。

また、この文献の設備は、投入に際して、供給部から分解槽内への原料のプラスチックの装入には、スライドバルブ機構等を通して行っている。排出部からの残渣排出は、排出部を水封止した水槽に接続して、水中を通して排出していた。

また別の特許文献２は、内部にスクリューを備えた廃棄プラスチックを供給するフィードパイプと、内部に送り上げスクリューを備えて廃棄プラスチックを加熱移送する加熱用の傾斜管とが、大きな開き角度で接続され、フィードパイプと傾斜管とは、加熱炉により囲まれて熱風炉からの熱風により加熱される方式の熱分解装置が開示されている。加熱用の傾斜管では、プラスチックは溶融して分解し、発生した分解ガスは、傾斜管の頂部から、凝縮器に誘導され、スラッジは、傾斜管の頂部から下方の水槽に落下される。

特開平６−２１２１７１号公報 特開２０００−００１６７７号公報

特許文献１の設備は、幅広の熱分解釜を使用しているので、そのスラッジを除去するために釜内の下底部から釜外へ通じる長い排出路を必要としていた。

また特許文献２は、分解槽が、加熱炉内で加熱されたフィードパイプと傾斜管とから成り、それの内部でスクリューによりプラスチック搬送することにより、加熱と溶融と分解気化と残渣スラッジの排出とを連続して行おうとするものであるが、フィードパイプと傾斜管内にプラスチックが堆積してスクリューが動かなくなるトラブルがあって、これを解消するには、供給プラスチック量を常に小さくして、閉塞を回避する必要があった。

さらに、中間生成物の熱分解ガスや高温油は引火性が大きく、高温作動の油化設備ではガスシールや残渣への油分の混入防止が重要であり、また火災発生の防止が安定した運転を行う上で、また保守する上でも重要である。

従来の設備では、生成された油は品質の点でも要求度が高くなり、別の設備で精製する必要があるためにコストの高いものであった。

本発明は、熱分解槽などでの閉塞やガス漏れなどのトラブルのないコンパクトで安定して連続操業が保障できる廃棄プラスチックの油化設備を提供するものである。

本発明は、また、熱分解過程での残渣への油分や樹脂分の混入を防止して、且つ、分解ガス中への高沸点油分の混入を防止して、分離度の優れた油化設備を提供するものである。

本発明のプラスチックの油化設備は、原料のプラスチックが投入部を介して熱分解槽内において供給されたプラスチックが給送手段によって送られながら加熱されて溶融分解されてガス化させ、分解ガスはガス出口部から凝縮手段へ流出させ、残渣は、排出部から排出させるのであるが、その特徴は、熱分解槽が、一方端部の供給部と他方端部の排出部の間を供給部側が低く排出側が高くなるように傾斜状態で横置きされた有底の胴体で、胴体下部が加熱炉室により加熱され、胴体上部が気密的に大気に接して、ガス出口部が、熱分解槽のほぼ中央部の上部に設けられて成るものである。

熱分解槽は、胴体下部側に加熱炉室と接して加熱されて、プラスチックを溶融分解して気化させ、上部側を周辺大気に露出せることにより、胴体上部の温度を低くして、胴体内部で発生した低沸点の軽質ガスをガス出口部から排出させるが、気化ガス中に高沸点の重質成分のガスが含まれていても、露出上部の内壁で凝縮液化して胴体下底部の高温部に落下させ、再度、熱分解して低分子化して、気化させる。これにより、ガス出口部からは、比較的低沸点で低分子量のガスを排出させることにより、品質の良い分解油を得ることができる。

熱分解槽の横置きの胴体が、排出側が高くなるように傾斜させて、熱分解して生成された油分や樹脂分を供給側に溜めて、残渣に混入して排出されるのを防止することができ、これにより、油分の回収率を高め、残渣が排出されて空気に触れたときの発火や火炎発生を防止することができ、安定した運転が続行される。

本発明の油化設備は、廃棄プラスチックを原料として熱分解して油化するための油化設備であって、油化設備が、廃棄プラスチックをガス化するための熱分解槽と、熱分解槽からの分解ガスを冷却して油を生成させる凝縮手段と、を含んでいる。

この油化設備において、熱分解槽は、有底の胴体と、該胴体内の入り口側に廃棄プラスチックを胴体に供給する供給部と、胴体内底部に配置して入り口側からプラスチックを出口側に搬送する胴体内給送手段と、胴体の出口側に残渣を排出させる排出部と、胴体を加熱して胴体内部のプラスチックを溶融分解してガス化させるための加熱炉室と、から成っている。熱分解槽は、胴体の底部が一方端部の供給部で低く他方端部の排出部で高くなるように傾斜状態で横置きされた有底の胴体で、胴体下部側が加熱炉室により加熱され、胴体上部側が気密的に周辺大気に接して配置され、ガス出口部が、胴体のほぼ中央部の上部に設けられている。

この分解槽の好ましい形態は、熱分解槽の中空胴体の形状が、その下底部を胴体長手方向に垂直な縦断面でＵ字形状とした有底の横長の容器が採用できる。胴体内部には、給送手段が配置されるが、給送手段は、好ましくは、胴体底部に長手方向に沿って胴体内に架設して回転駆動される回転軸と、該回転軸周りに配置してプラスチック、その溶融物及び気化後の残渣に傾斜上方に送りを掛ける送り部材と、を含んでいる。送り部材は、好ましくは、回転軸周りに突設された多数のパドル羽根から成っている。

パドル羽根は、回転軸周りにも軸方向に適当な間隔で配列されている。各パドル羽根は、パドル面が扇状、矩形状、三角形状、台形状などの形状を有し、パドル面の外縁が胴体の内底部に近接して移動するように配置されている。回転軸の回転によりパドル羽根が回転すると、パドル羽根のパドル面がその回転方向に、固形物を押し出すことになる。さらに、パドル面は、回転軸の軸方向に対して、例えば、５〜３０°の角度を有し、好ましくは、１０〜２０℃の角度を有している。これにより、プラスチックや残渣などの固形物は、筒体の内底部をパドル羽根によって掻き揚げられてゆっくりと傾斜上方に送られて、他方、低粘度の融液や未分解の重質油などは、パドル羽根間の隙間を通って傾斜下方に移動する。

パドル羽根は、回転軸の外周に突設される複数のステムステムの先側に取り付けられているが、好ましくは、パドル羽根は、各ステムの先側に固定された羽根基台に交換可能に取着されて、パドルのその前面がパドル面となっている。パドル羽根の外縁は、胴体の内底部に近接して、パドル羽根の内縁は、回転軸の外側と適度な隙間を形成し、ステムが両者を固定している。

回転軸周りに固定突設したパドル羽根は、軸長手方向に沿って、適度の間隔で、配置されるが、好ましい例は、パドル羽根のステムの回転軸への固定部位は、回転軸周りを１重螺線又は２重螺線以上の螺旋状に取り巻くように配置することができる。それらの固定部位は、回転軸上の一つの仮想の螺線について、その螺線に沿って等間隔に配置するのがよい。回転軸の回転により、螺旋状配置したパドルが順次回転し、熱分解槽の筒体の下底面に沿って固形物を排出部側に効果的に押し上げることができる。

パドル羽根の回転軸への固定方法の一つには、回転軸外周に、長手方向に複数に区分されたスリーブを嵌め入れるもので、各スリーブには、一つのステムが取り付けられ、各ステムにはパドル羽根が固定されており、回転軸に対する多数のスリーブを、一つの螺線の上で互いに隣り合うスリーブ間で一定角度を生じるように設けることにより、多数のパドルを回転軸周りの一重ないし二重以上の螺線に沿った螺旋配置にすることを実現することができる。

各スリーブは、回転軸が挿通される中空部を設けた円筒状であるが、好ましくは、２つの半割スリーブを互いに合わせて中空状にする割りスリーブが好ましく、割りスリーブのいずれかの半割スリーブの外面側に、上記パドルのステムを固定突設する構造とするのがよい。二つの半割スリーブは、半割スリーブの合わせ面に近い外周部位で互いにネジ止めするようにして、ネジの調整により、割りスリーブを半割スリーブに開放して回転軸に嵌めいれ取り外しでき、締め付けて回転軸に固定し、あるいは、割りスリーブ間を緩めて、スリーブの位置と回転角度を任意に調整可能とされている。そこで、回転軸に対して、各パドル羽根が所望の位置になるように、割りスリーブを回転軸に対して所望の位置に固定突設することができる。

分解槽胴体の下底部をＵ字形状とするのは、上記の回転軸周りに配置して傾斜上方に送りを掛ける送り部材、例えば上記のパドル羽根を下底部に近接して配置し、プラスチックないしその残渣など固形物を上部に傾斜してある排出部側に送ることができる。しかも、胴体内は、送り部材と胴体上部、例えば、天井部材、との間には適当な空間を形成して、胴体内部でのプラスチックないしその溶融物や残渣、これらの混合物などの焼き付きを生じたり、これらが胴体内で閉塞や棚つりを生じるのを防止することができる利点がある。このような上方空間は、原料を胴体内に装入移送する容量を大きくするので、プラスチック装入量の時間的な変動があっても、連続操業を容易に実施することができる。

さらに、送り部材と胴体の天井部材との間のこの空間は、胴体底部ではプラスチックを加熱して溶融し分解させた後の気液を分離する空間として有用であり、空間に気体を上昇させて上記のガス出口部で効果的に捕集できる。

加熱炉は、熱分解槽の下方に配置され、加熱炉の上部が熱分解槽の少なくとも下部を覆っている構造とする。加熱炉には、炉壁から油バーナの火炎を直接照射して加熱すること、また、別体の熱風炉を配置して熱風炉からの高温ガスを供給して加熱することもできる。

油化操業中は、原料プラスチックを、一端側の供給部から胴体内部に装入して、給送手段により傾斜した胴体下底部に沿って傾斜した上方で他端側の排出部に向けて移送する。
上記熱分解槽は、上述のバーナなどの燃焼ガスにより、熱分解槽内部での温度を、通常、３００〜５００℃、好ましくは、３５０〜４５０℃の範囲に保持しており、胴体内の下部壁面を通じて、胴体内を移動中のプラスチックが、順次加熱され、溶融され、さらに高温になって、分解されて気化成分が蒸発、残渣がさらに、排出部に向けて移送される。溶融プラスチックから気化した分解ガスは、胴体直上のガス出口から排出され、導管を経て、凝縮手段に回収される。

加熱炉は、１つの好ましい形態として、供給部側炉壁に加熱用のバーナを適当数配置し、排出部側の炉壁には、補助用バーナを配置することができる。この場合には、加熱炉内部には、排出部側の補助バーナにより残渣の排出部側の加熱炉内の温度を、供給部側より、高く保持することができて、これにより、残渣中の油分を完全に気化除去させることができ、カーボンなど残渣を乾いた固形物として排出することができる。例えば、上記排出部側での熱分解槽内の温度は、４００〜６００℃にまで高めることができ、残渣をほぼ完全な固形分とすることができる。加熱炉内の温度勾配を確実に設けるために、加熱炉内部を、供給側と排出側との間に、適当な仕切り又は部分的仕切りを耐熱的に配置して、供給側に比して排出側をより高温に保持するのを容易にすることができる。

ガス出口部は、熱分解槽の胴体のほぼ中央上部に設けられ、胴体内の分解ガスを捕集して凝縮手段に配管するものであるが、特に、胴体を上記のごとく断面Ｕ字型形状としてその上部には天井板を固定して気密化され、ガス出口部は、該天井板に導管の一端を貫通するように形成し、導管を後述の凝縮手段に接続する。

このガス出口部の配置は、胴体の長手方向のほぼ中央部で上部に設けているので、下方の給送手段により移送中のプラスチック融液から気化して給送手段と上部天井板との間の空間を上昇する分解ガスを捕集する。そこで、胴体上部は、通常は、空気に接触しているので、胴体内中の分解ガスは、胴体上部の壁面で冷却されて、高沸点油成分は液化して壁面から落下して、プラスチック融液側に混合され、低融点油の収穫に便利である。尤も、それでも上記空間中を上昇している分解ガス流中には、高沸点油成分がミストの形で多量に含まれることがある。

ガス出口部には、胴体内部で上記ガス出口部に近接するように分解ガス中に重質油滴を分離して落下させるリアクターを配置することができる。このようなリアクターは、多層に重ねた多孔板の集合体で形成され、ガス出口部への近傍で、分解ガスの通路に配置されて、微細な液滴を捕獲してガス流から分離し、流滴にして下方の下底部に落下させるものである。ガス出口部は、特に、冷却を強制的にするために、空冷ジャケットを備えて、圧空により冷却するようにしてもよい。空冷ジャケットにはリアクター出口の温度センサーによって開度制御される供給空気制御ダンパーを介して空気を供給することもできる。リアクター内での空冷によってさらに重質成分ガスの凝縮液化が促進されて胴体底部に落下させる。

胴体底部に落下した重質油成分は、再度、高温に加熱されて分解し低分子化され、さらに気化して、分解ガス中に入る。これによって、生成油中の重質成分が少なくなり、軽質油成分に富んだ品質の良い生成油を得ることができる。

熱分解槽の供給部は、胴体の一端側に設けて、原料プラスチックを、胴体内に装入する開口部を有している。供給部には、原料供給装置が配置されて、この一つの好ましい形態は、原料のプラスチックを受け入れる投入ホッパーと、このホッパーの底部と胴体の供給部にとの間を接続するスクリューフィーダとから成るものである。

スクリューフィーダは、導管中にスクリューを貫通させ、スクリューの回転によりホッパーからのプラスチックを導管中に通って移送するものであるが、このために、スクリューフィーダは、その先側、即ち、熱分解槽の供給部側で、スクリューの羽根ピッチを、ホッパー側に比して、相対的に狭くするのが好ましい。また、スクリューフィーダはその先側で、そのフィーダ導管とスクリー羽根外径とを減径して、先細状にしてもよい。羽根ピッチの狭幅又は先細状にすることにより、供給中の原料プラスチックをこの部位で圧密化して、胴体内への空気の流入や熱分解槽からの可燃性ガスの逆流を防止するシールを形成する。

さらに、窒素ガスを投入ホッパーやスクリューフィーダに注入して、原料に混入している空気を窒素ガスで置換することもでき、熱分解槽内部をより確実に非酸化性に維持することができる。特に、操業中にスクリューフィーダ中の原料プラスチックがなくなったときには、窒素置換をして、フィーダを空気の分解槽への流入や可燃ガスの流出を防止する。さらに、ホッパー下部には、適当な遮断弁を設けて、ホッパーからの又はホッパーへの空気ないしガスの移動を遮断するのもよい。

熱分解槽の排出部は、胴体内であって、供給部とは反対側である他端側に設けられ、排出部には、排出装置が接続されている。排出装置の好ましい形態は、排出部に接続した残渣を送り出すスクリューコンベヤとこのスクリューコンベヤに接続した残渣を残渣回収ケースとを含むものである。排出用のスクリューコンベヤは、その羽根が途中で取り除いた構造にするのがよく、スクリューコンベヤに常に残渣のプラスチックを圧密状態で存在させることができて熱分解ガスの外部への漏れを防ぐことができる。

残渣回収ケースは、通常は、気密的に保持され、そのために、ケース底部に残渣を外部に送り出す第２のスクリューコンベヤが接続され、このスクリューコンベヤの羽根がコンベア管の先端途中で切除されている構造がよく、スクリューコンベヤに常に残渣を圧密状態で存在させることができて、残渣回収ケースは、外部に対して漏れを防ぐことができる。残渣回収ケースには、温度センサーを設けて、温度を測定することにより、第１のスクリューコンベア出口の残渣圧密部位からの分解ガスの漏れを検知することができる。

上記の排出装置は、排出部の２段階のスクリューコンベヤとその間の気密的な回収ケースと、スクリューコンベヤの先細構造と羽根途中切除による残渣の圧密化構成を取ることによって、熱分解槽からのガス漏れをより確実に防止することができる。

回収ケースには、窒素ガスの注入配管とガス抜き配管を接続することもでき、万が一排出部のスクリューコンベヤにおける残渣シールが壊れて熱分解槽からのガスが残渣回収ケースに流入しても窒素ガスが注入されていることで爆発を防ぐことができる。また、残渣回収ケース中のガスをガス抜き配管によってリアクターへと戻すこともできる。

凝縮手段は、熱分解槽のガス出口部に接続されて、分解ガスを液体油と排出ガスに分離する少なくとも１段のコンデンサを備えている。凝縮手段は、２段以上に直列したコンデンサを使用することもできる。

コンデンサが、熱分解槽のガス出口部に導管により接続されて、分解ガスはコンデンサの下部に供給されて、コンデンサを上昇する過程で、コンデンサ上部から油のシャワーを降らせて、上昇ガスと接触させて、油成分をシャワー油に吸収させる。油シャワーに変えて、複数段の溢流プレートを介して油を流下させ、溢流に分離ガス中の油成分を吸収させてもよい。供給された分解ガス中の油成分の一部はシャワー油又は流下油中に溶解させ、上部から、未凝縮ガスは、送り出す。

第１のコンデンサ下部からは、生成油が取り出され、油回収タンクに送る。油回収タンクからの生成油の一部は、必要により冷却されて、上記のコンデンサのシャワーに循環供給するのが好都合である。

シャワーの利用は、昇華性の結晶物を生成しやすいＰＥＴ等の分解ガスを吸収できるので、このコンデンサで生成油のオイルシャワーによって昇華性の結晶物をほとんど捕集して、コンデンサ内壁への結晶物の付着を防止できる。

第２のコンデンサを適用する場合には、第２のコンデンサは、コンデンサ内部に熱交換器を備えているもが好ましい。第１のコンデンサの上部からの分解ガスは、第２のコンデンサの下部に供給され、分解ガスを内部に上昇させる過程で、熱交換器を接触通過させて効率的に低温に冷却して、凝縮液化を促進して、気液分離する。熱交換器は、その冷却可能な温度に設定することにより、低沸点成分のガスをここで凝縮液化させることができる。第２のコンデンサの下部からは、液体が油回収タンクに供給され、第２のコンデンサの上部からは、分解ガス中の残留ガスが取り出されて、ガス洗浄塔に送り出す。

熱交換器には、熱交換器の上部と下部との圧力差を検出する差圧スイッチを設けて、差圧が大きくなったときに、上部からの生成油を利用してオイルシャワーを噴射させるようにするのが好ましい。熱交換器内のチューブが、結晶物の付着等で詰まっても差圧を検出して上部の生成油のシャワーにより、チューブ内の付着物等を洗浄することができる。

この実施形態の液化設備は、ガス洗浄塔を設けるのが好ましく、コンデンサからの未凝縮ガスを下部から流入させ、複数段のアルカリ水溶液シャワーに通して、ガスを燃焼前に洗浄するのがよい。

この実施形態の液化設備は、さらに、上記のコンデンサ又はガス洗浄塔からの分解ガスを、配管によりガス燃焼塔に送り、可燃成分を燃焼させることが好ましい。

洗浄塔は、塩化水素ガス等の腐食性のあるガスをアルカリ水溶液シャワーで洗浄中和し、清浄なガスをガス燃焼塔で燃焼させ不燃成分のみを大気中に放散することができる。特に、洗浄塔は、ダイオキシン類の発生を抑制できる。ガス燃焼塔とコンデンサ又は上記ガス洗浄塔との間の配管には水封タンクを設けて、ガス燃焼塔からの逆火を防止する。

この実施形態の液化設備は、油回収タンクにポンプを介して接続する中和処理タンクを備えてもよく、油回収タンクに収集された生成油を中和処理タンクにおいて中和することにより、中性油とすることができ、油の使用をする機器、例えば、バーナや発電機などの燃焼機器やこれらの機器に付帯するタンクや配管などの腐食を防止できる。油回収タンクと中和処理タンクとの間は、クーラを備えて、中和処理に先立って生成油をクーラで冷却することもできる。

この実施形態の液化設備は、油回収タンクに接続した遠心分離機又は瀘過装置を含んでもよく、これにより、生成油中の水分や炭素粒子を含む不純物を遠心分離機で除去し、比重が生成油と同等以下の微粒子不純物を瀘過装置のフィルタで完全に除去できる。これにより、加熱炉のバーナのフィルタの目詰まりなどによる運転トラブルを防止することができ、安定した連続運転が可能になる。また生成油を使用する他の燃焼機器においても、燃料品質による運転トラブルを防止することができる。

プラスチックの油化設備１に使用される原料の廃プラスチックは、適当な寸法の大きさに破砕・粉砕された状態で供給される。図１と図４には、熱分解槽を示すが、熱分解槽の概要は、加熱炉４の上部に固定された胴体２０から構成され、胴体２０は両端部２５ａ、２５ｂの側では後述のパドル羽根型の給送手段３の両端を収容するだけの円筒状を成すが、それら間の内側は、長い範囲にわたって下側が断面Ｕ字形の下底部２１と側面２２と、上側に天井板２３を備えて構成されている。図４は、より具体化した熱分解槽の実施形態を示す。

熱分解槽の胴体２０の一端２５ａ側には、原料のプラスチック装入用の供給部１１が設けられ、供給部１１は、天井板２３上に開口して、後述の供給装置１０が接続され、原料プラスチックは、供給部１１から、給送手段上に投入することができる。他方、胴体２０の他端２５ｂ側には、残渣排出部５１が設けられ、排出部５１は、下底部２１に開口して、後述の排出装置５０が接続されており、給送手段３から残渣が排出部５１から排出装置５０に落下される。さらに、胴体２０の長手方向の中央部には、分解ガス出口部２６が、天井板２３に貫通して設けられている。

胴体２０は、下底部２１が、図１に示すように、加熱炉４の上部と接合しているので直接加熱され、特に、加熱炉４の上部の高温度域と接合する底部を含む下部側は、伝熱性と耐熱性を確保するために、上記の槽内の温度に耐える鋼板、特に、耐熱性鋼板から形成されている。他方、胴体２０の側面２２から上部の天井板２３にかけては、図１に示すように、大気に露出して接触し、冷却されるように設定されている。

胴体２０内には、供給部１１から排出部５１に向けて送るための給送手段３が配置されているが、両端部２５a、２５ｂには、回転軸３０が貫通して軸支され、回転軸３０は、この例は、一方端部２５ａ側で、モータＭに接続されて、回転駆動される。回転軸３０の周囲には、送り部材が設けられて、胴体２０内部を下底部２１に沿って架設され、この例は、送り部材として、図１及びより詳しくは図４に示すように、回転軸３０周りに、その長手方向に適度の間隔を設けて多数のパドル羽根３２が固定配列されている。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図４において、この例は、回転軸３０の軸方向に多数に区分したスリーブ３５が固定軸上に嵌挿され、各スリーブ３５に一つのパドル羽根３２を固定しているが、各スリーブ３５は、二つの半割スリーブ３５ａ、３５ｂから成り、半割スリーブ３５ａ、３５ｂの外面からその接合面３５２を貫通してボルト孔が設けられ、ボルト孔にボルト３５１を嵌め入れ、ねじ込めば、一つのスリーブ３５を形成している。
各スリーブ３５には、どちらかの半割スリーブの外周面に、板状のステム３１が、その板面が回転方向にほぼ平行に固定され、各ステム３１の先端の前側に、即ち、回転方向に羽根基台３１１を固定し、さらに、パドル羽根３２が羽根の面、即ち、パドル面、を回転方向に向けて配置してある。

図３（Ｃ）において、羽根基台３１１は、正確には、回転軸３０の軸心方向に対して角度θを設けてある。パドル羽根３２が回転するときに、各パドル羽根３２は、筒体下底部の内面を一定の幅を形成して掃引し、同時に、パドル羽根３２の角度θで、筒体下底部上の固形物を上方に向かわせることになる。角度θは、この実施例では、２０°を採用している。連続回転により、多数のパドル羽根により、筒体内部でプラスチック、融液、及び残渣を排出部５１側に送りを生じるように設定されている。

図１に示す例は、パドル羽根３２は、供給部１１側から上記のガス出口部２６にかけて第１のパドル部３２aと、排出側の第２のパドル部３２ｂとを区分し、両パドル部３２a、３２ｂの間に仕切り用の短いスクリュー３３、即ち、リボンスクリュー３３を回転軸３０周りに固定している。

リボンスクリュー３３は、回転軸３０回りに１回ないし３回程度の巻き数で取付けて、それより排出部５１側を高温に保持して焼切り部として残渣中の油分や樹脂分を完全に除去するようにしている。リボンスクリューの例を図５に示すが、この例も、区分したスリーブを用いて、リボンスクリュー３３をステム３３６ａ、３３６ｂにより固定するが、この例も、スリーブとして半割スリーブ３３５ａ、３３５ｂを用いて、各半割スリーブに、それぞれスクリューの半周分３３ａ、３３ｂを固定して、一周分のリボンスクリューとしている。

さらに、胴体２０は、縦断面Ｕ字状にした下底部２１が原料の供給部１１側が低く残渣排出部５１側が高くなるように横置き傾斜されており、それに対応して、上記送り部材のパドル羽根３２の外縁とリボンスクリュー３３の周縁も、下底部２１に近接するように配置されており、回転軸３０も、排出部５１側が上方に向けて傾斜しており、残渣と油分とを分離するのに好都合である。

原料供給装置は、上部に開口して原料プラスチックを投入する投入ホッパーと、ホッパーの下部に接続されて、原料を給送するスクリューフィーダと、から成り、フィーダの出口側先端が、上記胴体の天井板に設けた供給部に接続されて、原料を熱分解槽の胴体内で上記の給送手段に供給することができるように配置されている。

図１の例は、原料供給装置１のスクリューフィーダ１３が、入り口側よりも出口側の先端で、スクリューピッチを狭くして、フィーダ管内で原料プラスチックを圧縮して、空気の熱分解槽への浸入の防止と、その分解ガスの逆流の防止を図っている。

さらに、この実施例では、ホッパー１２１内への原料投入を低レベルセンサーと高レベルセンサーによって、原料レベルを検出して、その検出上方からモータ制御して、スクリューフィーダの給送を連続又は断続的に行われる。スクリューフィーダ１３のモータとして、インバーターモータないしサーボモータが使用されている。

投入ホッパー１２１の底部ないしはスクリューフィーダ１３には、窒素源９から窒素配管９１が接続され、各パッチのプラスチックの投入完了毎に、窒素ガスが注入され、供給装置１０の管路内部を窒素置換する。

熱分解槽の加熱炉４は、胴体２０の下底部２１に接続して、下方の側面４２と底部４１について炉鉄皮の内側を適当な耐火物４４で内張りし、炉壁にバーナ４３ａ、４３ｂが取り付けられて、炉内を適当な温度で加熱保持して、上方に位置する胴体２０内の下底部２１と側面の一部を加熱している。

この例の加熱炉４は、図１に示すように、供給側の炉壁に主バーナ４３ａを配置して、加熱炉内全体の温度を保持すると共に、反対側の炉壁に補助バーナ４３ｂを設けて、胴体２０の排出部５１側をより高温に加熱保持して、熱分解槽内の残渣中の油分の気化分離を促進して、残渣の焼切りを行っている。

前後２種類のバーナ４３ａと４３ｂは、油化設備１で生成された油を燃料としているが、ガスを燃料としたバーナも採用できる。炉内の負荷は、ドラフトゲージで確認され、また煙突部(不図示)に手動の排熱ダンパー(不図示)を設けて熱効率を高めるようにしている。

熱分解槽の胴体２０の上部には、分解ガス出口部２６が設けられているが、分解ガス出口部２６は、胴体上部のおおよそ長手方向中間部に、この例では、胴体２０の天井板２３に貫通するように配置されて、配管２７に接続されている。胴体２０内で気化発生した分解ガスを捕集して配管２７に導いて、配管２７が後述の凝縮手段６に接続されている。

分解ガス出口部２６は、天井板２３に開口する円筒をなし、この例は、さらに、分解ガス出口部２６の円筒内には、多数の多孔板を適当な間隔を設けて上下方向に重積して成る積層板のリアクター２５を配設してあり、分解ガス中にミスト状に含有する重質成分を多孔板に凝結させ、下方に落下させて、分解ガスから取り除く。このリアクター２５の位置で下方に落下した油成分は、上記のパドル羽根３２の給送手段３で攪拌されながら再度加熱されて、さらに分解される。

供給装置１０から熱分解槽の胴体２０内に移送されたプラスチックは、熱分解槽の筒体内で３５０〜４５０℃の温度で加熱されて、軟化し次第に溶融し分解して、ガス化される。加熱中に給送手段のパドル羽根３２をモータＭによって回転と停止とを組み合わせて断続的に撹拌しながら低速度で、残渣排出部５１側へ移動する。連続的に極めてゆっくりとパドル羽根３２を回転させることもできる。この過程において、熱分解槽２の胴体２０は供給部１１側が低く傾斜されているので、溶融したプラスチックと、油等の液状物は供給部１１側へ移動してからガス化し、残渣などの固形物は乾いた状態で残渣排出部５１側へ移送される。

この実施例では、熱分解槽を構成する胴体２０の上部は、その鋼板を、大気に露出せているので、底部に比して相対的に温度が低く、内部の下底部２１で分解発生した分解ガスのうち、高沸点の重質成分を露出した胴体上部内壁で凝縮液化して胴体底部に落下させ、再度熱分解して低分子化して生成油を軽質化することができる。

特に、重質成分の混入を防止するためには、リアクター２５の頂部の出口温度を一定の範囲（例えば２８０±１０℃）内に制御するのが好ましく、このために、図示しないが、
リアクター２５の筒体部に空冷ジャケットが設けられてもよい。

残渣排出部側には、排出装置が設けられているが、排出装置は、給送手段のパドル羽根の終端部の逆羽根３５によって残渣排出部５１の開口部に接続した竪導管５１０と、竪導管中を落下した残渣を気密的に送るスクリューコンベア５２とこのコンベア５２に接続された回収ケース５５と、さらに、回収ケース５５に接続された第２のスクリューコンベア５６とから成っている。これらスクリューコンベア５２と５７の出口側には、残渣圧密調整機構５４を介して気密化を図り、いずれのスクリューコンベア５２、５６も出口端側のスクリューを切り取った構造にして、圧密化を図って、大気からの空気の熱分解槽内への浸入と、分解ガスのコンベアへの漏れを防止している。さらに、上記の残渣圧密調整機構５４は、スクリューコンベア５２のコンベア管の出口にスプリング付勢された板状の遮断弁を設けることによって遮蔽弁がシールを形成し、熱分解槽の気密状態を保持する構造を提供している。さらに、これらスクリューコンベア５２と５６には、水冷ジャケット５３，５６が設けられており、残渣を常温近くまで冷却することにより、火災や爆発などの発生を防止している。

他方、残渣回収ケース５５内にも事前に窒素ガスが注入されているが、温度センサーＴ３によって熱分解ガスの流入が検知された場合にも、窒素ガスが注入されるように設定されている。

残渣回収ケース５５内に溜った残渣は、上記の第２のスクリューコンベヤ５７によって排出される。第２のスクリューコンベヤ５７は、羽根を途中で切り取ると共にその残渣出口部を先細りのテーパーにすることにより、残渣出口部に残渣シールを形成し、残渣回収ケース５５の気密状態を保持している。これにより、残渣回収ケース５５内に熱分解槽内のガスが流入しても、ガスが外部に漏れないようにスクリューコンベヤ５２と残渣圧密調整機構５４とを併せて二重の対策が講じられることになる。

ガス出口部２６で捕集された分解ガスは、配管２７により凝縮手段６に移送されて所要の処理が成される。本発明においては、凝縮手段は、分解ガスを冷却して油を生成させる一連の装置であり、この実施例では、分解ガスからの油を凝縮分離させる２段直列のコンデンサ６０、６１と、油分離した後のガスを燃焼処理するガス燃焼装置、あるいはオフガス燃焼塔６３と、から成っている。

第１のコンデンサ６０は、竪型の筒状容器で、容器下部６０１に分解ガス出口部２６からの配管２７を接続し、容器内部には、油シャワーノズル６０２，６０２が上下に３段配置されて、上昇する分解ガスをスプレー油が冷却すると同時に、ガス中油成分をスプレー油中に溶解させる。スプレー油は、容器下部から配管６０７を通じて油回収タンク６４に送られる。他方、この第１のコンデンサ６０で溶解されなかった成分を含む未凝縮ガスは、容器の上部から配管６０３により取り出されて、次段の第２コンデンサ６１に下部に供給される。

第２のコンデンサ６１は、この例も、竪型筒状容器で、その下部に、第１のコンデンサの容器上部からの配管６０３が接続されて、未凝縮ガスが容器内に供給され、容器内部には、熱交換器６１４が配置されており、この熱交換器６１４の一次冷媒を水にして、未凝縮ガスを接触通過させて、未凝縮ガスを水冷により、４０℃以下に冷却して、低沸点炭化水素、例えば、炭素数５以上の炭化水素ガスはすべて凝縮液化する。容器下端部から、配管６１７を通じて、液化油を油回収タンク６４に回収する。他方、第２のコンデンサで液化しなかった未凝縮ガスは、上記容器の上部から配管６１６により取り出されて、ガス燃焼塔６３に送られる。

この第２のコンデンサ６１内には、熱交換器６１４の上方に油を噴射するシャワーノズル６１３が配置されており、熱交換器６１４の入口側と出口側の圧力を検出する差圧計(不図示)により、交換器出入口間の差圧を測定して、一定以上の圧損があるときには、ノズル６１３から油シャワーを噴射する。シャワー油が熱交換器の細管を洗浄して、細管に付着した結晶質やカーボンなどの析出物を洗い流して、上記熱交換器６１４の圧損を解消し、ガス通過量を高めて冷却能力の低下を防止する。

第１及び第２のコンデンサ６０、６１から回収された油は、油回収タンク６４に貯蔵される。また、第１及び第２のコンデンサ６０，６１で使用するシャワー油としては、これらコンデンサ６０，６１で捕集して油回収タンク６４に蓄えられた生成油を使用している。生成油は、油回収タンク６４から、水冷式の冷却器６８によって液温を５０〜８０℃に冷却して温度調整して、各コンデンサ６０，６１のシャワーノズル６０２、６１３、６１５に供給する。

これらコンデンサでのオイルシャワーの利用は、熱分解によって生成された結晶物とカーボン粒子がコンデンサの内壁に付着することなく、ほとんど全部回収できる利点がある。結晶物の例としては、ＰＥＴの分解物で結晶が昇華性である場合もあるが、昇華温度が１５０℃以上であるので、第１のコンデンサ６０のシャワー油中にほとんど吸収される。

第二コンデンサ６１を通過した未凝縮の分解ガスは、配管６１６を経由して、ガス洗浄塔６２においてアルカリ溶液の３段式シャワーノズル６２１によって中和処理される。ガス洗浄液は、洗浄水タンク６５との間で配管６２４、６５１を介して循環され、洗浄水タンク６５に設置されたｐＨセンサーにより循環水のｐＨ値が常時監視されている。測定したｐＨ値が設定値以下になると苛性ソーダタンク６６１に設置された定量ポンプが作動し、水酸化ナトリウム水溶液を洗浄水タンク６５に供給し、ガス洗浄水のｐＨ値が一定の範囲内に維持されるようにしている。ガス洗浄塔６２を通過した分解ガスは、逆火防止の水封タンク６２４を経由してオフガス燃焼塔６３で完全燃焼される。

他方、上記のごとく２段コンデンサにより回収して油回収タンク６４に収集された生成油は、該タンクに設置された液面センサーによってタンクの高液面が検出されると移送ポンプ（図示は省略）が作動して、冷却器６７を通して冷却しながら、次いで、油中和処理タンク６６へ移送する。そこで、油中和処理タンク６６の底部には一定量のアルカリ水層が蓄えられており、循環ポンプにより生成油とアルカリ水が混合攪拌され、生成油中に含まれる酸が除去されて、中性の油になる。

中和処理タンク６６の水層部には、循環水のｐＨセンサー（図示）が設置されて、循環水のｐＨ値が設定値（例えばｐＨ８）以下になると苛性ソーダタンク６６１に設置された定量ポンプ（図示は省略）が作動して、水酸化ナトリウムが、中和処理タンクに供給され循環水のｐＨ値が一定の範囲内に維持される。

中和処理タンク６６に設置された液面センサー（図示は省略）によって、油層が高液面になると移送ポンプ（図示は省略）が作動し、遠心分離機６６２へ移送される。

遠心分離機６６２で生成油は、それに含まれる水やカーボン及び結晶物などの不純物が除去され、次いで精製タンク６６３に貯蔵される。遠心分離機６６２の運転中には防爆のために窒素ガスが注入される。

精製タンク６６３に設置された液面センサー（図示は省略）により、タンクが高液面になると移送ポンプ（図示は省略）が作動して生成油は、２組の瀘過装置６６４，６６５に送られ、そこで遠心分離機６６２で除去できなかった微粒子カーボンなどが除去される。

その後、生成油は、サービスタンク６９に貯蔵され、配管６９２により、出荷される。サービスタンク６９に貯蔵された生成油の一部は、配管６９１により加熱炉の主バーナ４３ａと補助バーナ４３ｂに接続されて、それらの燃料として利用される。

また、油回収タンク６４、油中和処理タンク６６や精製タンク６６３、サービスタンク６９、及びこれらに接続する配管には、温水ジャケット（図示は省略）を設けてもよく、特に、冬場の低温期での生成油のワックス化を防止することができる。

本発明のプラスチックの油化設備の実施例に係る分解槽の胴体の模式的断面図である。 本発明の実施例に係るプラスチックの油化設備全体の模式的配管系統図を示す。 本発明のプラスチックの油化設備の実施例に係る熱分解槽内の胴体内給送手段としてのパドル羽根を含む模式的幅断面図（Ａ、Ｂ、Ｃ）である。 本発明のプラスチックの油化設備の熱分解槽の断面図である。 本発明のプラスチックの油化設備の実施例に係る熱分解槽内胴体内給送手段に含む仕切り用スクリューを含む断面図を示す。

符号の説明

１０ 原料供給装置
１１ 供給部
１３ スクリューフィーダ
２ 熱分解槽
２６ガス出口部
３ 給送手段
５２スクリューコンベヤ
５５ 残渣回収ケース
５１ 排出部
４ 加熱炉
４３ａ 加熱用バーナ
４３ｂ 補助バーナ
２５ リアクター
６０ 第１コンデンサ
６１ 第２二コンデンサ
６０２オイルシャワーノズル
６１４ 熱交換器
６１３ オイルシャワーノズル
６２ ガス洗浄塔
６２４ 水封タンク
６３ オフガス燃焼塔
６４ 油回収タンク
６６ 中和処理タンク

Claims (16)

1. 廃棄プラスチックを原料として熱分解して油化するための油化設備であって、油化設備が、廃棄プラスチックをガス化するための熱分解槽と、熱分解槽からの分解ガスを冷却して油を生成させる凝縮手段と、を含み、
   上記熱分解槽が、有底の中空胴体と、該中空胴体内の一端側に廃棄プラスチックを胴体に供給する供給部と、胴体の他端側に残渣を排出させる排出部と、胴体を加熱して胴体内部のプラスチックを溶融分解して分解ガスにガス化させるための加熱炉と、胴体内底部に配置して供給部側からプラスチックを排出部に搬送する胴体内給送手段とを備え、
   上記熱分解槽は、胴体の底部が一方端部の供給部側で低く排出部側で高くなるように傾斜状態で横置きされて、胴体上部側が気密的に周辺大気に接して配置されて、上記の分解ガスを排出するガス出口部が胴体上部の中央部側に設けられたことを特徴とするプラスチックの油化設備。
2. 熱分解槽の胴体下底部が縦断面Ｕ字形状とされて、
   上記給送手段が、胴体内部に長手方向に沿って架設して回転駆動される回転軸と、該回転軸周りに配置して胴体下底部に沿ってプラスチック及びその残渣に傾斜上方に送りをかける送り部材と、を含む請求項１に記載の油化設備。
3. 上記送り部材が、回転軸周りに突出して回転軸に沿って配置されて回転軸の回転により傾斜上方へ送りをかける多数のパドル羽根を含む請求項２に記載の油化設備。
4. 加熱炉が、供給部側に配置した加熱用バーナと、排出部側に配置されて排出部側を高温に加熱する補助バーナと、を有する請求項１記載の設備。
5. 熱分解槽の供給部には、廃棄プラスチックの投入ホッパーと、該投入ホッパーの底部に接続されて該供給部に接続するスクリューフィーダと、から成る供給装置を備え、スクリューフィーダの供給部側先端がスクリューピッチを狭小に又は該先端を減径してプラスチックを圧密可能にした請求項１ないし４いずれかに記載の油化設備。
6. 熱分解槽の排出部には、残渣を送り出すスクリューコンベヤと、該スクリューコンベアに接続された残渣回収ケースとを含む排出装置を備えた請求項１ないし５いずれかに記載の油化設備。
7. 残渣回収ケースには、さらに、底部において残渣を外部に送り出す別体のスクリューコンベヤが接続され、該スクリューコンベヤの羽根が途中で切除されている請求項６記載の設備。
8. 上記ガス出口部には、胴体内側に、分解ガス中重質油滴を分離して落下させるリアクターが配置されている請求項１ないし７いずれかに記載の油化設備。
9. 凝縮手段が、熱分解槽のガス出口部に接続されて、分解ガスを生成油と未凝縮ガスに分離する少なくとも１段のコンデンサを備えている請求項１ないし８いずれかに記載の油化設備。
10. 上記コンデンサは、第１のコンデンサを含み、分解ガスをコンデンサ下部から通し、上部から生成油をシャワー落下させてコンデンサ上部から未凝縮ガスを排出させ、コンデンサ底部から生成油を油回収タンクに送り出すように油回収タンクに接続されて成る請求項９記載の油化設備。
11. 上記のコンデンサが、第２のコンデンサを含み、上記第１のコンデンサから排出されたガスを下部に通し、内部に熱交換器を有して、ガスの凝縮液化を促進し、コンデンサ上部から未凝縮ガスを排出させ、底部から生成油を油回収タンクに送り出すように油回収タンクに接続されて成る請求項１０に記載の油化設備。
12. 上記の第２のコンデンサが、熱交換器の入口側と出口側の圧力差を検出する差圧検出器を備えて、予め設定した圧力差を検出したとき熱交換器の上部からの生成油のシャワーを熱交換器に吹付けて熱交換器の配管内部を洗浄するようにした請求項１１の油化設備。
13. 油化設備が、未凝縮ガスを燃焼させるガス燃焼装置を備えて、コンデンサからの未凝縮ガスを燃焼分解させる請求項９ないし１２いずれかに記載の油化設備。
14. 油化設備がさらに、コンデンサと燃焼器との間にガス洗浄器を含み、ガス洗浄器が、上記コンデンサからの未凝縮ガスをアルカリ水溶液シャワーに通して洗浄した後上記のガス燃焼装置に送る請求項１３に記載の油化設備。
15. 油回収タンクが、冷却器を介して中和処理タンクに接続されている請求項１０又は１１に記載の油化設備。
16. 油回収タンクは、遠心分離機と瀘過装置とを介して貯蔵タンクに接続される請求項１０ないし１１に記載の油化設備。

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