JP2006036886A - Thermal decomposition treatment system - Google Patents

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明一 原田
Masumi Kuga
真澄 久我
Saburo Moriwaki
三郎 森脇
Hideki Tatemoto
英機 立本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently dehalogenate waste plastics including a halogen-based plastics by a simple apparatus. <P>SOLUTION: The preheated pulverized halogen-based plastics stored in a container 2 are inserted to the interior of an applicator 23. Microwaves are fed through holes formed in the right and left, and back side faces of the applicator 23 from a magnetron 26. A pipe 30 for collecting hydrogen halide is fitted in the hole at the ceiling part of the applicator, and the hydrogen halide generated by heating the halogen-based plastics is introduced to an unshown neutralizing treatment device to make the hydrogen halide harmless by converting the hydrogen halide into a neutralized salt. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱分解処理システムに関し、特に、塩化ビニルなど有機ハロゲン化合物(ハロゲン系プラスチック)を含むプラスチック廃材等からハロゲンを安全にかつ環境への負荷なく分離するシステムに係り、廃プラスチックのリサイクルまたは廃棄処理に好適なものである。   The present invention relates to a thermal decomposition treatment system, and more particularly to a system for safely separating halogen from plastic waste materials containing organic halogen compounds (halogen-based plastics) such as vinyl chloride without causing environmental impact. It is suitable for disposal processing.

塩化ビニルなど有機ハロゲン化合物(以下、ハロゲン系プラスチック)や、それを含むプラスチック廃材等をリサイクルまたは廃棄処理するに当っては、事前にハロゲンを経済的かつ安全に分離させることが極めて重要である。この様なプラスチック廃材等を単に燃焼させた場合には、その過程でダイオキシン類やジベンゾフランなど、きわめて有害かつ危険な化学物質が生成されるからである。以下、この点の状況を、塩化ビニルを例として説明するが、本発明の処理対象は塩化ビニルに限らないことは言うまでもない。   In recycling or disposal of organic halogen compounds such as vinyl chloride (hereinafter referred to as “halogen-based plastics”) and plastic waste materials containing them, it is extremely important to separate the halogens economically and safely in advance. This is because when such plastic waste is simply burned, extremely harmful and dangerous chemical substances such as dioxins and dibenzofuran are generated in the process. Hereinafter, the situation of this point will be described by taking vinyl chloride as an example, but it goes without saying that the object of treatment of the present invention is not limited to vinyl chloride.

塩化ビニルは、配管類や建材などに使われる硬質塩化ビニルと、農業・電線被覆・床材などに使われる軟質塩化ビニルに分けられるが、それぞれ産業用民生用として幅広く活用されているプラスチックである。塩化ビニルの国内生産量は2148kトン(2003年実績)で、国内の総プラスチック生産量の16.1%を占めている。また、世界の総塩化ビニル生産量は26Mトン(2000年統計資料)である。なお、この分野の関連技術を開示したものとしては、特許文献1乃至特許文献3を挙げることができる。
特開2000−286240号公報 特開2001−250672号公報 特開2002−217640号公報
Vinyl chloride is divided into hard vinyl chloride used for piping and building materials, and soft vinyl chloride used for agriculture, electric wire coating, flooring, etc., but each is a plastic that is widely used for industrial consumer use. . The domestic production of vinyl chloride is 2148k tons (2003 results), accounting for 16.1% of the total domestic plastic production. The world's total vinyl chloride production is 26M tons (2000 statistical data). Patent Documents 1 to 3 can be cited as disclosures of related technologies in this field.
JP 2000-286240 A JP 2001-250672 A JP 2002-217640 A

このように利用価値の高い塩化ビニルであるが、廃棄段階で環境汚染を引き起こすことから、利便性が高いにもかかわらず、活用に制限が加わりつつある。その原因は、塩化ビニルに含まれる塩素(ハロゲン族の原子)と可塑剤や安定剤などの添加物が環境汚染を引き起こすことが知られるようになったためである。それでも現在多く生産され使われているのは塩化ビニルの優れた特性のためと言える。   Although this vinyl chloride has a high utility value, it causes environmental pollution at the disposal stage, so that its use is being restricted despite its high convenience. This is because chlorine (halogen group atoms) and additives such as plasticizers and stabilizers contained in vinyl chloride are known to cause environmental pollution. Nevertheless, it is because of the excellent properties of vinyl chloride that it is currently produced and used in large numbers.

塩化ビニルを廃棄処分する場合、焼却法ではダイオキシン類やジベンゾフランなどの有毒物質が生成されること、埋め立ての場合でも添加物の一部が浸出してきた水に溶出し環境ホルモン物質となることが知られている。現在使用されている塩化ビニルの約50%が再生塩化ビニルとして再利用されているが、残りは埋め立てられていることから、安全な処分方法の検討が進められつつある。そのひとつとして、熱分解法が提案されている。   When disposing of vinyl chloride, it is known that toxic substances such as dioxins and dibenzofuran are generated by the incineration method, and even in the case of landfill, some of the additives are eluted in the leached water and become environmental hormone substances. It has been. About 50% of the currently used vinyl chloride is reused as recycled vinyl chloride, but the rest is being landfilled, so studies on safe disposal methods are being promoted. As one of them, a thermal decomposition method has been proposed.

塩化ビニルを加熱昇温していき、200℃を超えるようになると塩化ビニルから塩素が塩化水素(HCl)の形で分離し始める。さらに高温にすると、塩素の分離速度は増す。そして、350℃を超えるようになると塩素が抜けた分子構造、すなわち骨格構造(C−C結合)も切断されるようになり、さらに昇温すると炭化が進む。   When the temperature of vinyl chloride is raised to 200 ° C., chlorine begins to separate from vinyl chloride in the form of hydrogen chloride (HCl). At higher temperatures, the separation rate of chlorine increases. When the temperature exceeds 350 ° C., the molecular structure from which chlorine is eliminated, that is, the skeletal structure (C—C bond) comes to be broken.

この塩化水素が分離生成される温度に保持して脱塩素化を進めることにより、塩素が抜けた骨格構造が得られる。この骨格構造体は、建築材料としてリサイクルが可能となるが、従来の熱分解法では骨格構造体だけを効率よく取り出す技術が確立できていない。   By maintaining the temperature at which hydrogen chloride is separated and produced and proceeding with dechlorination, a skeletal structure from which chlorine is eliminated is obtained. Although this skeletal structure can be recycled as a building material, the conventional thermal decomposition method has not established a technique for efficiently extracting only the skeleton structure.

図1Aはおよび図1Bは、廃ハロゲン系プラスチックをマイクロ波を使用しないで処理する従来のハロゲン系プラスチックの処理法を説明する処理の流れ図である。図1Aは、鉄鉱石などの還元剤にコークスの代替として用いる場合の説明図である。この方法では、脱ハロゲンをしていないので、危険なダイオキシン類など危険物を発生させないように高高温で燃料あるいは高炉還元剤として用いる場合を想定している。その状態では、分離したハロゲンの影響で炉内が激しく腐食されるため実用化されていない。この方法はリサイクルができない。このような燃料・高炉還元剤として用いるためには、事前にハロゲンを取り去る処理が必須となるからである。実際の処理方法としては、しっかり洗浄をしてリサイクルハロゲン系プラスチックとして再利用するか、埋め立てるかどちらかの選択が、現実的であった。   FIG. 1A and FIG. 1B are process flowcharts illustrating a conventional halogen plastic processing method for processing waste halogen plastic without using microwaves. FIG. 1A is an explanatory diagram when used as a substitute for coke in a reducing agent such as iron ore. Since this method is not dehalogenated, it is assumed that it is used as a fuel or a blast furnace reducing agent at a high temperature so as not to generate dangerous substances such as dangerous dioxins. In this state, the furnace is severely corroded due to the effect of the separated halogen, so that it has not been put into practical use. This method cannot be recycled. This is because in order to use it as such a fuel / blast furnace reducing agent, it is essential to remove the halogen in advance. As an actual processing method, it was realistic to either clean thoroughly and reuse as recycled halogen-based plastic, or landfill.

図1Bは、従来の廃プラ脱塩素処理システムから推定して考えた処理の流れ図であり、JSW日本製鋼所のホームページにある廃プラ脱塩素処理システムの説明から推定して考えたものである。JSWのホームページでは、一般系廃プラ(塩化ビニル含有率が重量%で1〜12%)からハロゲンを分離するのに、加熱温度を390℃に設定すると、プラスチックが390℃に達してから約2分間で0.9重量%になるが、5分間以上加熱しても0.55重量%以下にならないことを示している。   FIG. 1B is a flow chart of processing estimated from a conventional waste plastic dechlorination processing system, which is estimated from the explanation of the waste plastic dechlorination processing system on the homepage of JSW Japan Steel Works. On the JSW website, if the heating temperature is set at 390 ° C to separate halogen from general waste plastic (vinyl chloride content is 1-12% by weight), about 2 after the plastic reaches 390 ° C. Although it becomes 0.9 weight% in a minute, it has shown that it does not become 0.55 weight% or less even if it heats for 5 minutes or more.

JSWの方法によれば、350℃で10分間加熱することにより、残渣塩素濃度0.22重量%にまで下がることを示している。すなわち、ハロゲン系プラスチック以外のプラスチックが、ハロゲン系より軟化点(若しくは融点)が低い場合には、これがハロゲン系プラスチックの表面を覆ってしまうと、脱ハロゲン速度が落ちてしまうことが考えられる。   According to the method of JSW, it is shown that the residual chlorine concentration is lowered to 0.22% by weight by heating at 350 ° C. for 10 minutes. That is, when a plastic other than the halogen-based plastic has a softening point (or melting point) lower than that of the halogen-based plastic, if the surface of the halogen-based plastic is covered with this, the dehalogenation rate may decrease.

要するに、脱ハロゲンを早く完了させるためには、温度を上げることが有効であるが、そのようにすると、ハロゲン系プラスチックの構造体が、炭素・炭素間結合のあちこちで結合が切れて、骨格構造体としての利用価値がなくなる。更に、溶けた他のプラスチックがハロゲン系プラスチックの表面を覆ってしまいハロゲンの分離を妨げるなど、脱ハロゲン反応及び発生ハロゲン採集の阻害要因になっていた。   In short, it is effective to raise the temperature in order to complete dehalogenation quickly. However, if this is done, the structure of the halogen-based plastic breaks down around the carbon-carbon bond, resulting in a skeletal structure. Use value as a body is lost. Further, other melted plastics cover the surface of the halogen-based plastics and hinder the separation of the halogens, which has been an inhibiting factor for the dehalogenation reaction and the generation of generated halogens.

これを改善するために、分解温度を下げると、例えば、390℃では、5分間以降は0.55重量%で止まり、それ以上の改善が出来なかったものが、350℃では、10分間以降は0.22重量%というようになり、含有率を下げる効果はあるが、そのためには長時間の加熱が必要になる。従来加熱法、すなわちマイクロ波加熱以外の方法では、熱の移動が表面から中央に向かう。   In order to improve this, when the decomposition temperature is lowered, for example, at 390 ° C., it stops at 0.55% by weight after 5 minutes, and further improvement cannot be achieved, but at 350 ° C., after 10 minutes, Although it becomes 0.22 weight% and there exists an effect which reduces a content rate, the heating for a long time is needed for that. In a conventional heating method, that is, a method other than microwave heating, the heat transfer is directed from the surface toward the center.

図2は、100℃に設定した循環熱風方式の恒温槽に5cm立方体のプラスチックを入れて経過時間に対する温度を測定した結果である。図2において、横軸は時間、縦軸は温度、直線aは恒温槽温度、曲線bはプラスチックの表面から5mm入った部分の温度変化、曲線cはプラスチックの表面から25mm入った部分の温度変化である。図2に示されたように、中央部が95℃になるのに67分間を要し、表面から5mm中に入った部分ですら95℃になるのに54分間を要していることがわかった。   FIG. 2 shows the result of measuring the temperature with respect to the elapsed time by putting a plastic of 5 cm cube in a circulating hot air type thermostatic chamber set at 100 ° C. In FIG. 2, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents temperature, the straight line a represents the temperature of the thermostatic bath, the curve b represents the temperature change in a portion 5 mm from the plastic surface, and the curve c represents the temperature change in a portion 25 mm from the plastic surface. It is. As shown in Fig. 2, it took 67 minutes for the central part to reach 95 ° C, and it took 54 minutes for 95 ° C to reach even 5mm from the surface. It was.

このことから、脱塩化水素処理時間を短縮しようとして熱風の温度を高くすれば中央部の塩素が分離できる温度になるころには表面が炭化するほどにもなってしまうことが容易に推定される。  From this, it is easily estimated that if the temperature of the hot air is increased so as to shorten the dehydrochlorination treatment time, the surface will become carbonized at a temperature at which the chlorine in the central portion can be separated. .

一方、熱風の温度は、リサイクルの目的に応じて、必然的に上限が決まることになる。従来加熱法だけで、リサイクルの範囲を広くして短時間で脱塩素処理を行うためには、炭化が進まぬ程度の温度に設定した熱風を用い、塩化ビニルを細粒になるまで粉砕しなければならないので、脱塩素化プロセスの前段階でのプロセスが長くなるので、実用化の範囲を超える。   On the other hand, the upper limit of the temperature of the hot air is inevitably determined according to the purpose of recycling. In order to widen the scope of recycling and perform dechlorination in a short time using only the conventional heating method, hot air set at a temperature that does not cause carbonization must be used, and vinyl chloride must be crushed to fine particles. Therefore, since the process in the previous stage of the dechlorination process becomes long, the range of practical use is exceeded.

このために、現在のリサイクル技術では、塩化ビニル単体の廃棄物と新規塩化ビニルとを混合して再生塩化ビニルを製造する技術は確立されている。しかしこれは、農業用の塩化ビニルのように同じ成分の塩化ビニルが大量に廃棄処分される場合に限られている。ほとんどの塩化ビニルの廃材は、添加物の配合がいろいろ違うものが交じり合っているために、再生塩化ビニルとしてのリサイクルができないのが現実である。   For this reason, in the present recycling technology, a technology for producing recycled vinyl chloride by mixing waste of vinyl chloride alone with new vinyl chloride has been established. However, this is limited to the case where a large amount of vinyl chloride of the same component is disposed of, such as agricultural vinyl chloride. The reality is that most vinyl chloride waste materials cannot be recycled as recycled vinyl chloride because they contain a mixture of different additives.

従って、例えば鉄鉱石の還元剤として使用するために、前処理として脱塩素化したプラスチック廃材を溶鉱炉に入れて、鉄鉱石の還元剤として高温処分している例も多くある。わざわざ前処理して脱塩素化するのは、これをしないと、高温の炉内で発生する塩素ラジカルの影響を受けて炉の内部が激しく腐食されるからである。そして、これらのリサイクルは有償処分であることから、廃材の多くは埋め立て処分したり、野積みのままにされているのが現実である。   Therefore, for example, in order to use it as a reducing agent for iron ore, for example, there are many examples in which plastic waste material that has been dechlorinated as a pretreatment is placed in a blast furnace and disposed at a high temperature as a reducing agent for iron ore. The purpose of pre-treatment and dechlorination is that if this is not done, the inside of the furnace will be severely corroded by the influence of chlorine radicals generated in the high-temperature furnace. And since these recyclings are paid, most of the waste materials are disposed of in landfills or left unfilled.

したがって、これらの埋め立て処分や野積みをなくすためにも、経済的かつ安全に、リサイクルの前処理として、ハロゲン系プラスチックからハロゲンを分離する技術方法が求められている。尚、低温域で、ハロゲン系プラスチックが脱ハロゲン化できれば、燃料や溶鉱炉の還元剤としてのリサイクルだけでなく、ハロゲン系プラスチックの骨格構造がそのまま残っているので建築材料としてのリサイクルも可能である。   Therefore, a technical method for separating halogen from halogen-based plastics is required economically and safely as a pretreatment for recycling in order to eliminate such landfill disposal and field piles. If the halogen-based plastic can be dehalogenated in a low temperature range, it can be recycled not only as a reducing agent for fuel and blast furnaces but also as a building material because the skeleton structure of the halogen-based plastic remains as it is.

本発明の目的は、簡易な装置によりハロゲン系プラスチック、特に、塩化ビニルを含んだ廃プラ、を効率良く脱ハロゲン化するための熱分解処理システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a thermal decomposition treatment system for efficiently dehalogenating halogen-based plastics, particularly waste plastics containing vinyl chloride, with a simple apparatus.

本発明では、ハロゲン系プラスチックの内部から加熱するマイクロ波加熱手段と表面から加熱させるマイクロ波加熱以外の加熱手段を併用または切り替えることにより、熱分解可能な領域のできる限り低温領域での熱分解を高速で行わせ、効率よく骨格構造体を得ることを可能とした。   In the present invention, by combining or switching the microwave heating means for heating from the inside of the halogen-based plastic and the heating means other than the microwave heating for heating from the surface, thermal decomposition in the lowest possible temperature region can be performed. It was carried out at high speed, and it was possible to obtain a skeletal structure efficiently.

本発明は、特に、マイクロ波の応用により、低温分解処理を可能にして、ハロゲン系プラスチックからハロゲン化水素を分離させた残り、即ち、骨格構造(ハロゲン系プラスチックからハロゲンと水素を対で分離させた残りの構造)をそのまま残す方式であるため、建築材料としてのリサイクルをも可能にできる。尚、以下のデータでは、特に断りが無い場合、塩化ビニルポリマーでの実験である。   In particular, the present invention makes it possible to perform a low-temperature decomposition treatment by applying microwaves, and to separate the hydrogen halide from the halogen-based plastic, that is, to separate the halogen structure and the hydrogen from the halogen-based plastic in pairs. The remaining structure is left as it is, so that it can be recycled as building materials. In the following data, it is an experiment with a vinyl chloride polymer unless otherwise specified.

このことを、一般的なハロゲン系プラスチックとして塩化ビニルを例にとって説明する。図3は、塩化ビニルの分子構造と脱塩素後の骨格構造を説明する図である。塩化ビニルの分子構造は、図3(1)のようなブロックが鎖状にいくつも連結した構造をしている。実験の結果、この塩化ビニルを加熱し温度を上げていき220℃以上になると熱分解が始まり塩化水素が分離する(後述する)。このメカニズムは220℃以上になると塩素原子の熱振動エネルギーが炭素原子との結合エネルギーより大きくなり塩素原子が分離するが、この単原子状態の塩素原子は非常に活性が強いラジカルのため、近くの水素原子を奪って図3(2)に示すような塩化水素の形で分離するものと推定される。   This will be described by taking vinyl chloride as an example of a general halogen-based plastic. FIG. 3 is a diagram for explaining the molecular structure of vinyl chloride and the skeleton structure after dechlorination. The molecular structure of vinyl chloride has a structure in which a number of blocks are linked in a chain as shown in FIG. As a result of the experiment, this vinyl chloride is heated to raise the temperature, and when it reaches 220 ° C. or higher, thermal decomposition starts and hydrogen chloride is separated (described later). When the temperature exceeds 220 ° C, the thermal vibration energy of the chlorine atom becomes larger than the bond energy with the carbon atom and the chlorine atom is separated. This monoatomic state of the chlorine atom is a very active radical, It is presumed that the hydrogen atoms are taken away and separated in the form of hydrogen chloride as shown in FIG.

このような、塩化ビニルにマイクロ波を照射すると、特異な現象が現れることが確認された。一般的によく使われているプラスチック、PET、アクリル、ポリカーボネート、塩化ビニルについて、それらの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度依存性を、室温から150℃の範囲内で調査した。これはプラスチックを一定の温度の恒温槽に入れて放置し、プラスチックが一定の温度になったところで、微弱なマイクロ波を照射して複素誘電率を測定した結果である。   It was confirmed that a unique phenomenon appears when such vinyl chloride is irradiated with microwaves. For commonly used plastics, PET, acrylic, polycarbonate, and vinyl chloride, the temperature dependence of the imaginary term (loss factor) of their complex dielectric constant was investigated in the range of room temperature to 150 ° C. This is the result of measuring the complex permittivity by irradiating a weak microwave when the plastic is left in a constant temperature bath at a constant temperature and the plastic reaches a constant temperature.

図4は、塩化ビニルの複素誘電率(虚数項)の温度変化を説明する図である。横軸は試験温度、縦軸は複素誘電率(虚数項)である。複素誘電率の実数項については顕著な温度特性差が見られなかったが、虚数項すなわちマイクロ波発熱に関係する損失係数は、図4に示すように、塩化ビニルを除く3種類のプラスチックの温度変化が一定もしくは緩やかな直線的な変化(増加)であったのに対し、塩化ビニルは概略75℃以下では他のプラスチックと同等な損失係数であり同等の温度勾配であったが、概略75℃以上では温度勾配が急激に大きくなっている。   FIG. 4 is a diagram for explaining the temperature change of the complex dielectric constant (imaginary term) of vinyl chloride. The horizontal axis represents the test temperature, and the vertical axis represents the complex dielectric constant (imaginary term). Although no significant temperature characteristic difference was observed for the real term of the complex permittivity, the loss coefficient related to the imaginary term, that is, the microwave heat generation, is the temperature of three types of plastics excluding vinyl chloride as shown in FIG. While the change was constant or a gradual linear change (increase), vinyl chloride had a loss factor equivalent to that of other plastics at about 75 ° C or less and an equivalent temperature gradient, but was about 75 ° C. Above, the temperature gradient increases rapidly.

この温度勾配の変化と同期して色にも変化が出たところから、相転移が起きた結果損失係数の温度勾配が大きくなったものと推定する。実験した温度範囲では、他のプラスチックでは色の変化も損失係数の急激な変化もなかった。以下、これを解析する。   It is estimated that the temperature gradient of the loss factor has increased as a result of the phase transition from the change in color in synchronization with the change in temperature gradient. In the experimental temperature range, there was no change in color or abrupt change in loss factor for the other plastics. This is analyzed below.

物質のマイクロ波吸収電力Pは、
P=K1fE2ε”
1:定数
f:周波数
E:電界の強さ
ε”:複素誘電率 ε = ε’+ jε” の虚数項
物質の発熱量Qは、
Q=K2fE2ε”
2:定数
f:周波数
E:電界の強さ
ε”:複素誘電率 ε = ε’+ jε” の虚数項
で表せる。
The microwave absorption power P of the substance is
P = K 1 fE 2 ε ”
K 1 : constant f: frequency E: electric field strength ε ″: complex dielectric constant ε = ε ′ + jε ″ imaginary term The calorific value Q of the substance is
Q = K 2 fE 2 ε ″
K 2 : Constant f: Frequency E: Electric field strength ε ″: Complex permittivity ε = ε ′ + jε ″ can be expressed by an imaginary term.

また、マイクロ波の浸透深さ(電力半減深度)Lは、
L=K3/(f・(εr)1/2 ・tanδ)
3:定数
f:周波数
εr:比誘電率(=ε’/ε0
tanδ:物質の誘電体損失角(=ε”/ε’)
で表せる。
Further, the penetration depth of microwave (power half depth) L is
L = K 3 / (f · (ε r ) 1/2 ・ Tanδ)
K 3 : constant f: frequency ε r : relative permittivity (= ε ′ / ε 0 )
tanδ: Dielectric loss angle of material (= ε ″ / ε ′)
It can be expressed as

塩化ビニルの電力半減深度は、常温では約30cmである。70℃までは約30cmのままで、150℃では約10cmになる。これが浅くなったということは、マイクロ波の吸収量が、常温での30cmと、150℃での10cmが同じということである。   The power half depth of vinyl chloride is about 30 cm at room temperature. It remains about 30 cm up to 70 ° C. and about 10 cm at 150 ° C. The fact that this becomes shallow means that the amount of absorption of microwaves is the same at 30 cm at room temperature and 10 cm at 150 ° C.

図4に示された結果から、塩化ビニルの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点(以下、相転移点)を越えた温度以上では、同じマイクロ波電力を照射しても、相転移点以下でマイクロ波を照射した場合より発熱量が格段に大きいために、塩化ビニルの昇温スピードが大きく増加することも容易に推定ができる。   From the results shown in FIG. 4, the same microwave power is irradiated above the temperature that exceeds the temperature point (hereinafter referred to as phase transition point) where the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex permittivity of vinyl chloride increases. Even so, it can be easily estimated that the rate of temperature rise of the vinyl chloride greatly increases because the calorific value is much larger than when microwaves are irradiated below the phase transition point.

このことから、従来加熱法すなわちマイクロ波加熱以外の加熱手段を用いた加熱とマイクロ波加熱手段とを併用して塩化ビニルを加熱すると、従来加熱法による熱の移動が表面から内部に進むのに対し、マイクロ波を照射すると塩化ビニルの内部を含めて全体が発熱するので、従来加熱方法だけと比較すると、塩化ビニルの昇温スピードが大きく増加すること、そして、一旦相転移点以上の温度に塩化ビニルがなるとマイクロ波による内部加熱が急速に進み温度が急上昇することが容易に推定できる。   From this, when vinyl chloride is heated by using a conventional heating method, ie, heating using a heating means other than microwave heating, and microwave heating means, the heat transfer by the conventional heating method proceeds from the surface to the inside. On the other hand, when microwaves are irradiated, the entire system including the inside of vinyl chloride generates heat. Compared with the conventional heating method alone, the temperature rise rate of vinyl chloride is greatly increased, and once the temperature exceeds the phase transition point. When vinyl chloride is formed, it can be easily estimated that the internal heating by the microwave rapidly proceeds and the temperature rapidly rises.

図5は、マイクロ波照射時間と塩化ビニルの温度との関係を説明する図である。ここでは、約2gの塩化ビニルに約600Wのマイクロ波を照射したときの照射時間と塩化ビニルの温度との関係を示している。横軸はマイクロ波照射時間、縦軸は塩化ビニル温度で、曲線aは120.4℃で予備加熱したもの、曲線bは103.1℃で予備加熱したもの、曲線cは82.3℃で予備加熱したもの、曲線dは室温(予備加熱なし)のものを示す。なお、図5のグラフのパラメーターとしてマイクロ波を照射する直前の試料の温度をとっている。   FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the microwave irradiation time and the temperature of vinyl chloride. Here, the relationship between the irradiation time and the temperature of vinyl chloride when a microwave of about 600 W is irradiated to about 2 g of vinyl chloride is shown. The horizontal axis is the microwave irradiation time, the vertical axis is the vinyl chloride temperature, the curve a is preheated at 120.4 ° C., the curve b is preheated at 103.1 ° C., and the curve c is 82.3 ° C. The preheated curve d represents room temperature (no preheating). In addition, the temperature of the sample just before irradiating a microwave is taken as a parameter of the graph of FIG.

予備加熱なし、すなわち室温からマイクロ波を照射した場合は、試料の温度が徐々に上昇し約30秒経過後約75℃になったところで急激に上昇し約100秒でピーク温度に達している。80℃から120℃まで予備加熱した試料においては10秒以下で試料温度が急激に上昇し100秒以下で250℃から350℃のピーク温度に達している。そして、ピーク温度に達した後は、マイクロ波を照射しているにもかかわらず温度が低下している。   When preheating was not performed, that is, when microwave irradiation was performed from room temperature, the temperature of the sample gradually increased, and when the temperature reached about 75 ° C. after about 30 seconds, it reached a peak temperature in about 100 seconds. In the sample preheated from 80 ° C. to 120 ° C., the sample temperature rapidly increases in 10 seconds or less and reaches a peak temperature of 250 ° C. to 350 ° C. in 100 seconds or less. Then, after reaching the peak temperature, the temperature decreases despite the microwave irradiation.

図6は、マイクロ波照射時間と塩化ビニルの温度上昇スピードの関係を説明する図である。図6は、図5と同じ条件でマイクロ波の照射時間に対する試料の温度変化スピードを求めた結果であり、曲線aは120.4℃で予備加熱したもの、曲線bは103.1℃で予備加熱したもの、曲線cは82.3℃で予備加熱したもの、曲線dは室温(予備加熱なし)のものを示す。マイクロ波を吸収して試料塩化ビニルの温度が上昇するが、その上昇スピードは塩素原子の残量と関係があることが推定できる。マイクロ波が照射されているにもかかわらず試料の温度が下がったということは、試料から逃げる熱量よりもマイクロ波による発熱量が小さいということである。   FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the microwave irradiation time and the temperature rise speed of vinyl chloride. FIG. 6 shows the results of obtaining the temperature change speed of the sample with respect to the microwave irradiation time under the same conditions as in FIG. 5. Curve a is preheated at 120.4 ° C., and curve b is preliminarily set at 103.1 ° C. Heated, curve c is preheated at 82.3 ° C., curve d is room temperature (no preheating). The temperature of the sample vinyl chloride rises by absorbing microwaves, and it can be estimated that the speed of rise is related to the remaining amount of chlorine atoms. The fact that the temperature of the sample has decreased despite being irradiated with the microwave means that the amount of heat generated by the microwave is smaller than the amount of heat that escapes from the sample.

このことは、塩化ビニルから塩素原子が十分に分離したことの一つの証拠と推定する。すなわち、マイクロ波照射により塩化ビニルから塩素原子が分離される230℃から350℃の温度に短時間で到達し、短時間に多量の塩素原子が塩化ビニルから分離されて塩化ビニルの熱分解が急速に進み、塩素分子の分離が概略完了した結果、マイクロ波による発熱量が放熱量より下まわったということである。正確には、試料の発熱量と、試料から逃げる熱量との差で試料の温度が決まるので、試料温度がピークになっても、塩素原子の分離が完全に完了したとは必ずしもいえないが、分解が完了した目安と考えることは間違いではない。なお、図5、図6には示してないが、予備加熱温度を200℃に設定してマイクロ波を照射すると5秒間で塩化ビニルの温度がピークに達した。   This is presumed to be one evidence that the chlorine atoms are sufficiently separated from the vinyl chloride. That is, the temperature reaches 230 ° C. to 350 ° C. in which chlorine atoms are separated from vinyl chloride by microwave irradiation in a short time, and a large amount of chlorine atoms are separated from vinyl chloride in a short time, so that the thermal decomposition of vinyl chloride is rapid. As a result of the completion of the separation of chlorine molecules, the amount of heat generated by the microwave is less than the amount of heat released. Precisely, the temperature of the sample is determined by the difference between the calorific value of the sample and the amount of heat that escapes from the sample, so even if the sample temperature peaks, it can not be said that the separation of chlorine atoms is completely completed. Think of it as an indication that the disassembly is complete. Although not shown in FIGS. 5 and 6, when the preheating temperature was set to 200 ° C. and microwave irradiation was performed, the temperature of vinyl chloride reached a peak in 5 seconds.

図7は、従来加熱法による熱分解の説明図であり、電気ヒーターを使用した恒温槽を用いて、一定温度に塩化ビニルを保ち、加熱時間と熱分解残量(分離された塩化水素量から求めた塩素量と塩化ビニルに含まれる塩素理論総量との関係から算出)の関係を示している。横軸は恒温槽による加熱時間、縦軸は塩素残量を示す。また、曲線aは設定温度が220℃、曲線bは設定温度が230℃、曲線cは設定温度が240℃、曲線dは設定温度が250℃、曲線eは設定温度が270℃のものを示す。   FIG. 7 is an explanatory diagram of thermal decomposition by a conventional heating method, using a thermostatic bath using an electric heater, keeping vinyl chloride at a constant temperature, heating time and residual thermal decomposition (from the amount of separated hydrogen chloride) The relationship between the calculated amount of chlorine and the theoretical total amount of chlorine contained in vinyl chloride) is shown. The horizontal axis represents the heating time in the thermostatic chamber, and the vertical axis represents the remaining amount of chlorine. Curve a represents a set temperature of 220 ° C. Curve b represents a set temperature of 230 ° C. Curve c represents a set temperature of 240 ° C. Curve d represents a set temperature of 250 ° C. Curve e represents a set temperature of 270 ° C. .

図7からは、従来加熱法すなわちマイクロ波加熱以外の加熱方法を用いて塩化ビニルを加熱したときの熱分解のスピードがわかる。220℃を超えると熱分解が進む。図5のマイクロ波加熱で室温から加熱したデータ(最高温度が270℃)と図7の270℃放置データと比較すると、マイクロ波加熱では60分の1以下で熱分解が終了するといえる。   FIG. 7 shows the thermal decomposition speed when vinyl chloride is heated using a conventional heating method, that is, a heating method other than microwave heating. If it exceeds 220 ° C, thermal decomposition proceeds. Comparing the data heated from room temperature by microwave heating in FIG. 5 (maximum temperature is 270 ° C.) and the 270 ° C. standing data in FIG. 7, it can be said that the thermal decomposition is completed in 1/60 or less in microwave heating.

以上のように、従来加熱法とマイクロ波加熱とを併用し、同時加熱もしく切り替え加熱すれば、従来加熱法だけで加熱するより短時間かつ低温で塩素原子を分離させることができる。   As described above, if the conventional heating method and the microwave heating are used in combination, and simultaneous heating or switching heating is performed, chlorine atoms can be separated in a shorter time and at a lower temperature than when heating is performed only by the conventional heating method.

以下、本発明による熱分解システムのプロセスの開発過程におけるマイクロ波応用の熱分解システムのプロセスを図8乃至図11の流れ図で説明する。   Hereinafter, the process of the pyrolysis system using microwaves in the process of developing the process of the pyrolysis system according to the present invention will be described with reference to the flowcharts of FIGS.

図8は、破砕したハロゲン系プラスチック又は非ハロゲン系プラスチック(他のプラスチック)の混合物をマイクロ波加熱する基本プロセスの流れ図で、マイクロ波を応用した熱分解(1)として示す。この場合は、ハロゲン系プラスチックが相転移開始温度以上になる時間部分をもマイクロ波だけで加熱することになる   FIG. 8 is a flow chart of a basic process for microwave heating of a mixture of crushed halogen-based plastics or non-halogen-based plastics (other plastics), which is shown as thermal decomposition (1) using microwaves. In this case, the time during which the halogen-based plastic becomes higher than the phase transition start temperature is heated only by the microwave.

ハロゲン系プラスチックまたは他プラスチックとの混合物は、粉砕または破砕されて、マイクロ波される。マイクロ波加熱で分離されたハロゲン化水素は中和処理される。骨格構造は溶鉱炉に投入されるか、炭化処理してプラスチック炭化物にするか、あるいは建築材料として再利用される。この熱処理は、相転移点(塩化ビニルでは約75℃)を超えるまでの加熱時間の加熱効率が低いので、エネルギーコストが高い。   The halogen-based plastic or the mixture with other plastics is pulverized or crushed and microwaved. The hydrogen halide separated by microwave heating is neutralized. The skeletal structure is put into a blast furnace, carbonized to plastic carbide, or reused as a building material. This heat treatment has a high energy cost because the heating efficiency of the heating time until it exceeds the phase transition point (about 75 ° C. for vinyl chloride) is low.

図9は、破砕したハロゲン系プラスチック又は非ハロゲン系プラスチック(他のプラスチック)の混合物をマイクロ波加熱以外の加熱手段(熱風・ヒーター・廃熱利用などの従来加熱)で加熱後にマイクロ波加熱を行うプロセスの流れ図である。マイクロ波を応用した熱分解(2)として示す。破砕したハロゲン系プラスチックを、マイクロ波加熱すると同時に従来加熱方法で加熱する方式である。この場合は、従来加熱による設定温度に制限を加えることにより、リサイクルの拡大とエネルギーコストの節約が可能になる。   FIG. 9 shows microwave heating after heating a mixture of crushed halogen-based plastics or non-halogen-based plastics (other plastics) using heating means other than microwave heating (conventional heating such as hot air, heater, and waste heat). It is a flowchart of a process. This is shown as thermal decomposition (2) using microwaves. In this method, the crushed halogen-based plastic is heated by the conventional heating method at the same time as microwave heating. In this case, it is possible to expand recycling and save energy costs by limiting the set temperature by conventional heating.

図10は、破砕したハロゲン系プラスチック又は非ハロゲン系プラスチック(他のプラスチック)の混合物を、従来加熱方法で加熱した後、マイクロ波加熱に切り替える方式を説明する流れ図である。マイクロ波を応用した熱分解(3)として示す。この場合は、先ず、従来加熱方法(熱風・ヒーター・廃熱利用などの加熱手段)で加熱する方式である。即ち、安いエネルギーのたとえば廃熱を利用して、破砕したハロゲン系プラスチックを相転移温度以上に予備加熱してから、マイクロ波を照射し、ハロゲン化水素を分離させる方式である。マイクロ波加熱の時間を短縮できるので、エネルギーコストは安くなる。   FIG. 10 is a flowchart for explaining a method of heating a mixture of crushed halogen-based plastics or non-halogen-based plastics (other plastics) by a conventional heating method and then switching to microwave heating. This is shown as thermal decomposition (3) using microwaves. In this case, first, it is a method of heating by a conventional heating method (heating means such as hot air, a heater, and waste heat). That is, this is a method of separating hydrogen halide by irradiating microwaves after preliminarily heating the crushed halogen-based plastic above the phase transition temperature using, for example, waste heat of low energy. Since the microwave heating time can be shortened, the energy cost is reduced.

図11は、破砕したハロゲン系プラスチック又は非ハロゲン系プラスチック(他のプラスチック)の混合物を、従来加熱方法で相転移温度以上に予備加熱してから、マイクロ波加熱を追加する方式を説明する流れ図である。マイクロ波を応用した熱分解(4)として示す。破砕したハロゲン系プラスチック又は非ハロゲン系プラスチックの混合物を、従来加熱方法で相転移温度以上に予備加熱してから、マイクロ波加熱を追加する方式である。この場合は、マイクロ波加熱時間を最短にできるので、エネルギーコストは最も安くなる。   FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of adding microwave heating after preheating a mixture of crushed halogen-based plastics or non-halogen-based plastics (other plastics) above the phase transition temperature by a conventional heating method. is there. This is shown as thermal decomposition (4) using microwaves. In this method, a mixture of crushed halogen-based plastic or non-halogen-based plastic is preheated to a temperature higher than the phase transition temperature by a conventional heating method, and then microwave heating is added. In this case, since the microwave heating time can be minimized, the energy cost is the lowest.

以上の実験結果および考察から、少なくともマイクロ波を照射してハロゲン系プラスチックを熱分解させてハロゲンを分離すれば、ハロゲン系プラスチックの骨格構造をそのまま残すことが可能になるので、建築材料としてリサイクルできる。さらに、このように処理したハロゲン系プラスチックの骨格構造には、燃焼させたときに発生する危険なハロゲン系化合物を作るハロゲンが含まれていないので、コジェネの燃料として、溶鉱炉の鉄などの還元剤として使用しても腐食を心配する必要はない。   From the above experimental results and considerations, it is possible to leave the skeleton structure of the halogen-based plastic as it is if the halogen-based plastic is thermally decomposed by at least microwave irradiation to separate the halogen, so that it can be recycled as a building material. . Furthermore, the skeleton structure of halogen-based plastics treated in this way does not contain halogens that form dangerous halogen-based compounds that are generated when burned. Therefore, reducing agents such as iron in blast furnaces are used as cogeneration fuel. There is no need to worry about corrosion even when used as.

そして、マイクロ波を応用することにより、従来加熱法による熱分解処理時間に対して、約100分の1の時間で処理が完了することから、エネルギー効率の高いハロゲン系プラスチック分解処理システムを提供できる。   And, by applying microwaves, the processing is completed in about 1/100 of the time of the thermal decomposition processing by the conventional heating method, so that it is possible to provide a halogen-based plastic decomposition processing system with high energy efficiency. .

本発明によれば、ハロゲン系プラスチックは常温においても、複素誘電率の虚数項である損失係数が他のプラスチックよりも大きく、そして、さらに高い数10℃以上になると損失係数の温度変化が急激に大きくなることから、少なくともマイクロ波加熱を利用することにより、従来加熱法による熱分解処理時間に比較して100分の1程度にまで短縮できる。   According to the present invention, a halogen-based plastic has a loss coefficient that is an imaginary term of a complex dielectric constant larger than that of other plastics even at room temperature, and when the temperature becomes higher than several tens of degrees Celsius, the temperature change of the loss coefficient rapidly increases. Since it becomes large, it can be shortened to about 1/100 compared with the thermal decomposition time by the conventional heating method by using at least microwave heating.

また、図4で説明したように、常温においても、他のプラスチック同様に、マイクロ波を照射すれば加熱できる。すなわち、マイクロ波を照射してハロゲン系プラスチックが加熱され、たとえば塩化ビニルのように75℃以上にもなると、損失係数の温度勾配が急に大きくなって発熱量が増加し温度が急上昇する(図5および図6)。この原因は、この温度以上では相転換が起き、炭素原子に結合しているハロゲン元素のマイクロ波よる影響が大きく現れるようになった結果と推定する。この結果、急激に温度が上昇し、炭素原子との結合が外れてハロゲン元素が分離(脱ハロゲン化)できるので、分解が急激に進んだものと考える。   In addition, as described with reference to FIG. 4, even at room temperature, heating can be performed by irradiating microwaves as in other plastics. That is, when the halogen-based plastic is heated by irradiation with microwaves and reaches 75 ° C. or more, such as vinyl chloride, the temperature gradient of the loss coefficient suddenly increases, the amount of heat generation increases, and the temperature rises rapidly (see FIG. 5 and FIG. 6). The cause of this is presumed to be the result of phase transformation occurring above this temperature, and the influence of microwaves of the halogen element bonded to the carbon atom appearing greatly. As a result, the temperature rapidly increases, the bond with the carbon atom is removed, and the halogen element can be separated (dehalogenated), so that it is considered that the decomposition has progressed rapidly.

すなわち、本発明によれば、ヒーターや熱風、他からの廃熱の利用などマイクロ波加熱以外の加熱方法での加熱手段(従来加熱法)でハロゲン系プラスチックを加熱する設定温度を、ハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点以上の温度(塩化ビニルの場合は75℃以上)に設定して、マイクロ波加熱すれば、マイクロ波加熱単独の場合よりさらに短時間でハロゲン系プラスチックを熱分解させることができる。   That is, according to the present invention, the set temperature for heating the halogen-based plastic by a heating means (conventional heating method) other than microwave heating, such as use of a heater, hot air, or other waste heat, is set to the halogen-based plastic. If microwave heating is performed at a temperature above the temperature point where the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex permittivity increases (75 ° C or more in the case of vinyl chloride), the microwave heating alone is more effective. Furthermore, the halogen-based plastic can be thermally decomposed in a short time.

従来加熱法による設定温度があまりにも高いと、マイクロ波加熱により急速に分解反応が進んだ結果上昇するハロゲン系プラスチックの温度が、ハロゲン系プラスチックの骨格構造をも分解して炭化を進める温度以上にも達してしまい、リサイクルの利用価値を半減させてしまう。   If the temperature set by the conventional heating method is too high, the temperature of the halogen-based plastic that rises as a result of the rapid decomposition reaction by microwave heating is higher than the temperature at which the skeleton structure of the halogen-based plastic is decomposed and carbonized. Will also halve the utility value of recycling.

このため、従来加熱法による加熱設定温度は、ハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点を下限に、前記ハロゲン系プラスチックが熱分解反応を起こし始める温度(塩化ビニルの場合は210℃)を上限に設定した。ただし、単に廃プラスチックを溶鉱炉に投入し、たとえば鉄を還元するための目的であれば、少々分解が進みすぎて部分的に炭化してもリサイクルの上で問題ない。   For this reason, the heating temperature set by the conventional heating method is the temperature at which the halogen-based plastic starts to undergo a thermal decomposition reaction at the lower limit of the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex dielectric constant of the halogen-based plastic increases. (210 ° C. in the case of vinyl chloride) was set as the upper limit. However, for the purpose of simply putting the waste plastic into the blast furnace and reducing iron, for example, there is no problem in recycling even if the decomposition is slightly advanced and partially carbonized.

また、最初から加熱するのは従来加熱法だけで、マイクロ波加熱は途中から行って同時併用加熱するシステムでは、マイクロ波照射を開始するタイミングは、ハロゲン系プラスチックの全体または少なくとも一部分の温度(内部温度でも表面温度でも問わない)を検出するセンサーを取り付けて、そのセンサーは、ハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点以上の温度で、かつ、熱分解反応を起こす温度以下の温度範囲内で、マイクロ波の照射を開始するように設定できるようにしている。このシステムによれば、高価なマイクロ波エネルギーを使う時間を短縮できるので、エネルギーコストを節約できる。   In addition, only the conventional heating method is used for heating from the beginning. In a system where microwave heating is performed in the middle and simultaneous heating is performed, the timing of starting microwave irradiation is the temperature of the entire or at least a part of the halogen-based plastic (internal A sensor that detects the temperature (surface or surface temperature) is attached, and the sensor is at a temperature above the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss coefficient) of the complex dielectric constant of the halogen-based plastic increases, and heat The microwave irradiation can be set to start within a temperature range below the temperature at which the decomposition reaction occurs. According to this system, the time to use expensive microwave energy can be shortened, so that energy costs can be saved.

また、同様にして、従来加熱法でハロゲン系プラスチックを損失係数の温度勾配が大きくなる温度以上で、かつ、熱分解反応を起こす温度以下まで加熱した後、マイクロ波の照射を開始するのと概略同時に、従来加熱法による加熱を停止する方法は、バッチ処理として、従来加熱法とマイクロ波加熱とを組み合わせるシステムであり、ハロゲン系プラスチック等をマイクロ波照射室に自動供給する方式にも適用できる。   Similarly, it is roughly the same as starting the microwave irradiation after heating the halogen-based plastic to a temperature higher than the temperature at which the loss factor temperature gradient becomes large and below the temperature causing the thermal decomposition reaction by the conventional heating method. At the same time, the method of stopping heating by the conventional heating method is a system that combines the conventional heating method and microwave heating as a batch process, and can be applied to a method of automatically supplying halogen-based plastics or the like to the microwave irradiation chamber.

すなわち、ホッパー直下には、ハロゲン系プラスチックを粉砕するためのローラーと歯を持ったスパイラルコンベアとを組み合わせ、スパイラルコンベアで粉砕したプラスチックをマイクロ波照射室に送り込む途中の円筒部分で、従来加熱法で必要温度(損失係数の温度勾配が大きくなる温度以上で、かつ、熱分解反応を起こす温度以下)まで加熱することをも可能にする。   That is, just below the hopper, a roller for crushing halogen-based plastics and a spiral conveyor with teeth are combined, and the plastic part crushed by the spiral conveyor is being sent to the microwave irradiation chamber by the conventional heating method. It is also possible to heat up to a required temperature (above the temperature at which the temperature gradient of the loss coefficient becomes large and below the temperature at which the thermal decomposition reaction occurs).

本発明は、ハロゲン系プラスチックに限定されるものではなく、他の非ハロゲン系プラスチック(たとえば、PETなどのプラスチック)との混合物を、熱分解させることもできる。このためには、センサーによる設定温度を、ハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点を下限とし、上限をハロゲン系プラスチックの熱分解開始温度または混合物に含まれる非ハロゲン系プラスチックの中で最も低い軟化温度点のどちらか低い温度とする範囲に設定し加熱した後、マイクロ波の照射を開始して、熱分解させることができる。これは、軟化したプラスチックがハロゲン系プラスチックを覆うことによりハロゲンの放出を妨げることを防止するためである。   The present invention is not limited to halogen-based plastics, and mixtures with other non-halogen-based plastics (for example, plastics such as PET) can also be thermally decomposed. For this purpose, the temperature set by the sensor is set to the lower limit of the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex permittivity of the halogen-based plastic increases, and the upper limit is set to the thermal decomposition start temperature or mixture of the halogen-based plastic. After setting and heating to the lower temperature range of the lowest softening temperature point among the non-halogen plastics contained, microwave irradiation can be started and thermal decomposition can be performed. This is to prevent the softened plastic from obstructing the halogen emission by covering the halogen-based plastic.

また、本発明は、熱分解が完了するタイミングを温度変化から得ることで、温度の時間変化がゼロまたはマイナスになった時点を起点として、マイクロ波の照射をやめるタイミングを設定することができ、エネルギーコストの節約が可能となる。   In addition, the present invention obtains the timing at which the thermal decomposition is completed from the temperature change, so that the timing at which the microwave irradiation is stopped can be set starting from the time when the temperature time change becomes zero or minus, Energy costs can be saved.

このように、本発明は、短時間でハロゲン系プラスチックからハロゲン元素を分離できるので、従来加熱法と比較して処理能力が飛躍的に向上する。また、ハロゲン系プラスチックの骨格構造が熱分解しない低温度で、ハロゲン化水素の熱分解させる方式であるので、建築材料としての利用価値も産まれる。   As described above, according to the present invention, since the halogen element can be separated from the halogen-based plastic in a short time, the processing capability is remarkably improved as compared with the conventional heating method. Further, since the halogen-based plastic skeleton structure is a method in which hydrogen halide is thermally decomposed at a low temperature that does not thermally decompose, the utility value as a building material is also produced.

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例の図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施例におけるハロゲン系プラスチックは非ハロゲン系プラスチックを混入した混合物も含むものとする。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings of the embodiments. In addition, the halogen-type plastic in each Example shall also contain the mixture which mixed the non-halogen-type plastic.

[準備段階]
実施例1は、ハロゲン系プラスチックをバッチで処理するバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置すなわち本発明の熱処理システムを実現する装置である。実施例の説明では、脱ハロゲン化装置とも称する。実施例1ではハロゲン系プラスチックを破砕した破砕プラスチック(破砕廃プラまたは単に廃プラとも言う)を収容する容器を用意する。
[Preparation stage]
Example 1 is a batch-type microwave application dehalogenation apparatus for processing halogen-based plastics in batches, that is, an apparatus for realizing the heat treatment system of the present invention. In the description of the examples, it is also referred to as a dehalogenation apparatus. In the first embodiment, a container for storing crushed plastic obtained by pulverizing a halogen-based plastic (also referred to as crushed waste plastic or simply waste plastic) is prepared.

図12は、破砕したプラスチックを入れたバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置用容器を説明する断面図である。図12において、符号1は破砕したハロゲン系プラスチック(あるいはハロゲン系プラスチックと非ハロゲン系プラスチックとの混合物)を破砕したものの何れか(破砕プラスチック)である。破砕の大きさについては、マイクロ波の浸透深さ(電力半減深度)の2倍以下の最大長であれば良い。塩化ビニルの場合は、150℃であっても電力半減深度が10cmであるので、この程度の大きさ以下であれば良い。通常考えられる大きさは最大長が1cm程度であるので、全く問題無い。   FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a container for a batch-type microwave application dehalogenation apparatus containing crushed plastic. In FIG. 12, reference numeral 1 denotes one of crushed halogen-based plastics (or a mixture of halogen-based plastics and non-halogen-based plastics) (crushed plastics). About the magnitude | size of crushing, what is necessary is just the maximum length of 2 times or less of the penetration depth (power half depth) of a microwave. In the case of vinyl chloride, even if it is 150 degreeC, since the electric power half depth is 10 cm, it should just be below this magnitude | size. Usually, there is no problem at all because the maximum length is about 1 cm.

符号2は破砕プラスチック1を入れてマイクロ波で照射するときに使用する容器である。その材料は350℃に十分耐える陶磁器などセラミックスあるいは石英など耐熱ガラスなどから成る。勿論、ターンテーブル方式の電子レンジにおいて金属製ターンテーブルも採用されているので、金属製容器であっても良い。   Reference numeral 2 denotes a container used when the crushed plastic 1 is put and irradiated with microwaves. The material is made of ceramics such as ceramics that can sufficiently withstand 350 ° C. or heat-resistant glass such as quartz. Of course, since a metal turntable is also employed in the turntable type microwave oven, a metal container may be used.

ターンテーブル方式のバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の場合、破砕したプラスチックを撹拌する方式のものであれば、容器の形状は、盥や風呂桶のように円形断面のものが適当である。しかし、ターンテーブル方式であっても撹拌しないのであれば、あるいはターンテーブル方式以外のバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の場合には、容器の形状は問わない。   In the case of a turntable type batch-type microwave application dehalogenation device, if the crushed plastic is of a stirring type, the container should have a circular cross section such as a bowl or a bath bowl. However, even if it is a turntable method, if it is not stirred, or in the case of a batch type microwave dehalogenation device other than the turntable method, the shape of the container is not limited.

尚、マイクロ波加熱と 例えばヒーター加熱のような従来方式の加熱とを併用するオーブン電子レンジのようなバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の場合は、例えば盥のように、大きな面積で浅い容器が良い。これは、表面積が大きいほうが加熱し易いからである。また、破砕プラスチック1については、予めヒーターや廃熱などを利用して予備加熱してある状態と、予備加熱してない状態のどちらの状態であっても良い。   In the case of a batch-type microwave application dehalogenation apparatus such as an oven microwave oven that uses both microwave heating and conventional heating such as heater heating, a shallow container with a large area such as a bowl. Is good. This is because a larger surface area is easier to heat. Further, the crushed plastic 1 may be in either a preheated state using a heater or waste heat or a preheated state.

[予備加熱]
図13から図16により予備加熱について説明する。ここでは、少なくともハロゲン系プラスチックを含む破砕したプラスチックをヒーターを用いて予備加熱する装置の構造を示す。図13は、破砕ハロゲン系プラスチックの予備加熱装置の構造例を説明する断面図である。各符号の説明は図中に示してある(以下の各図面においても同じ)。図13において、ホッパー5に投入した少なくともハロゲン系プラスチックを含む破砕したプラスチック4は、モーター8で回転されるスパイラルコンベア9の動きに従い、図13において左から右に移動し、出口から落下し、容器2に入る。
[Preheating]
The preheating will be described with reference to FIGS. Here, the structure of an apparatus that preheats crushed plastic containing at least a halogen-based plastic using a heater is shown. FIG. 13: is sectional drawing explaining the structural example of the preheating apparatus of a crushing halogen-type plastic. The description of each symbol is shown in the figure (the same applies to the following drawings). In FIG. 13, the crushed plastic 4 containing at least the halogen-based plastic charged into the hopper 5 moves from left to right in FIG. 13 according to the movement of the spiral conveyor 9 rotated by the motor 8, falls from the exit, and Enter 2.

破砕プラスチック4はスパイラルコンベア9で運ばれる間、スパイラルコンベア9を外側から覆うヒーター7により加熱される。ここで保温カバー6は、ヒーター7を外側から覆い熱が逃げるのを防ぐ機能を持つ。なお、符号12はヒーターに電気を供給する導入線である。   While the crushed plastic 4 is carried on the spiral conveyor 9, it is heated by the heater 7 that covers the spiral conveyor 9 from the outside. Here, the heat insulating cover 6 has a function of covering the heater 7 from the outside and preventing heat from escaping. Reference numeral 12 denotes an introduction line for supplying electricity to the heater.

ここで、中空円柱部15は、スパイラルコンベア9との働きで破砕プラスチック4を左から右へ移動させるが、このとき、ヒーター7に覆われた部分に相当する中空円柱部15の内面の温度は、ハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点以上の温度、たとえば塩化ビニルの場合は75℃以上で、かつ、ハロゲン系プラスチックが熱分解反応を起こしてハロゲン化水素を放出し始める温度以下の温度、たとえば塩化ビニルの場合は210℃以下の温度範囲になるように、センサーを使いコントロールしている。   Here, the hollow cylindrical portion 15 moves the crushing plastic 4 from the left to the right by the action of the spiral conveyor 9. At this time, the temperature of the inner surface of the hollow cylindrical portion 15 corresponding to the portion covered with the heater 7 is The temperature above the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex dielectric constant of the halogen-based plastic increases, for example, 75 ° C or higher in the case of vinyl chloride, and the halogen-based plastic undergoes a thermal decomposition reaction. Sensors are used to control the temperature so that the temperature is less than the temperature at which hydrogen halide starts to be released, for example, in the case of vinyl chloride, the temperature is 210 ° C. or less.

実際には、熱分解反応を起こしてハロゲン化水素を放出し始める温度直前の温度に設定するのが、加熱時間を短縮できて良い。このような温度に設定したスパイラルコンベア9内を、破砕プラスチック4は、左から右へ移動しながら加熱される。このときの移動速度をコントロールすることにより、破砕プラスチックの加熱温度が決まる。   In practice, setting the temperature immediately before the temperature at which the thermal decomposition reaction occurs to start releasing the hydrogen halide may shorten the heating time. The crushing plastic 4 is heated while moving from left to right in the spiral conveyor 9 set to such a temperature. The heating temperature of the crushed plastic is determined by controlling the moving speed at this time.

このとき、ホッパー5のスパイラルコンベア9との接続部の縊れた部分13の直径を最適化して、スパイラルコンベイア9内の破砕プラスチック4の量を満杯より少し少なめにして、流動性を持たせるようにすることも出来る。そして、スパイラルコンベア9の右側が上方向となるように傾けて、破砕プラスチック4がスパイラルコンベア9内を進むと同時に右上方向に這い上がるようにすると、加熱が進み易い。   At this time, by optimizing the diameter of the narrowed portion 13 of the connection portion of the hopper 5 with the spiral conveyor 9, the amount of the crushed plastic 4 in the spiral conveyor 9 is slightly less than full so as to have fluidity. You can also do so. Then, if the right side of the spiral conveyor 9 is tilted upward, and the crushed plastic 4 moves up in the spiral conveyor 9 and simultaneously climbs up in the upper right direction, the heating easily proceeds.

尚、上記の説明は、破砕廃プラが、ハロゲン系プラスチックだけの場合についての説明であったが、他のプラスチックとの混合廃プラの場合には、最も軟化点(融点)の低いプラスチックに合わせて温度の上限を決めねばならないことは言うまでも無い。   The above explanation is for the case where the crushing waste plastic is only a halogen-based plastic, but in the case of the plastic waste mixed with other plastics, it is matched with the plastic with the lowest softening point (melting point). It goes without saying that the upper limit of the temperature must be determined.

図14は、図13に示した予備加熱装置おいて、ヒーターの替わりに廃熱を利用した加熱流体を利用して破砕プラスチック4を予備加熱する装置を説明する図13と動揺の断面図である。この予備加熱装置おいては、廃熱を利用した加熱流体の温度をハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点以上の温度、たとえば塩化ビニルの場合は75℃以上で、かつ、ハロゲン系プラスチックが熱分解反応を起こしてハロゲン化水素を放出し始める温度以下の温度、たとえば塩化ビニルの場合は210℃以下の温度範囲になるように、センサーを使いコントロールしている。実際には、熱分解反応を起こしてハロゲン化水素を放出し始める温度直前の温度に設定するのが、加熱時間を短縮できて良い   FIG. 14 is a cross-sectional view of the shaking shown in FIG. 13 for explaining the device for preheating the crushed plastic 4 using a heating fluid using waste heat instead of the heater in the preheating device shown in FIG. . In this preheating device, the temperature of the heating fluid using waste heat is higher than the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex dielectric constant of the halogen-based plastic becomes large. For example, in the case of vinyl chloride Use a sensor to control the temperature so that it is 75 ° C or higher and below the temperature at which halogen-based plastics start to undergo hydrogenolysis and start releasing hydrogen halide. For example, in the case of vinyl chloride, the temperature is 210 ° C or lower. is doing. Actually, setting the temperature just before the temperature at which the pyrolysis reaction starts to start releasing hydrogen halide may shorten the heating time.

このような温度に設定した加熱流体を使って、スパイラルコンベア内を破砕プラスチック4がスパイラルコンベア9内を図14の左から右へ移動しながら加熱される。このときの移動速度をコントロールすることにより、破砕プラスチック4の加熱温度が決まる。このとき、ホッパー5のスパイラルコンベア9との接続部の縊れた部分13の直径を最適化して、スパイラルコンベイア9内の破砕プラスチック4の量を満杯より少し少なめにして、流動性を持たせるようにすることも出来る。そして、図13での説明と同様に、スパイラルコンベア9を傾けて、破砕プラスチックがスパイラルコンベア内を進むと同時に這い上がるようにすると、加熱が進み易い。   Using the heating fluid set to such a temperature, the crushing plastic 4 is heated in the spiral conveyor while moving in the spiral conveyor 9 from the left to the right in FIG. The heating temperature of the crushed plastic 4 is determined by controlling the moving speed at this time. At this time, by optimizing the diameter of the narrowed portion 13 of the connection portion of the hopper 5 with the spiral conveyor 9, the amount of the crushed plastic 4 in the spiral conveyor 9 is slightly less than full so as to have fluidity. You can also do so. Similarly to the description with reference to FIG. 13, if the spiral conveyor 9 is tilted so that the crushed plastic moves up in the spiral conveyor at the same time, the heating easily proceeds.

図15は、図14に示した廃熱利用による予備加熱装置の他の構成例を説明する図14と同様の断面図である。図15において、加熱流体として熱風を使う場合、スパイラルコンベア9の中空円筒部15を加熱し終えた熱風出口側パイプを図15の符号20で示すように、パイプ引き出し線の先がスパイラルコンベア9の入口側(左端)に近い部分に接続されるようにすると、ハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点以上の温度、たとえば塩化ビニルの場合は75℃以上で、かつ、ハロゲン系プラスチックが熱分解反応を起こしてハロゲン化水素を放出し始める温度以下の温度、たとえば塩化ビニルの場合は210℃以下の温度範囲にある風が、直接、ハロゲン系プラスチックを加熱できるので、加熱時間を更に短縮できる。   15 is a cross-sectional view similar to FIG. 14 for explaining another configuration example of the preheating device using waste heat shown in FIG. In FIG. 15, when hot air is used as the heating fluid, the hot air outlet side pipe that has finished heating the hollow cylindrical portion 15 of the spiral conveyor 9 is indicated by reference numeral 20 in FIG. If it is connected to the part close to the inlet side (left end), the temperature above the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex permittivity of the halogen-based plastic increases, for example, 75 ° C in the case of vinyl chloride Above, the temperature below the temperature at which the halogen-based plastic begins to undergo a thermal decomposition reaction and starts releasing hydrogen halide, for example, wind in the temperature range of 210 ° C. or less in the case of vinyl chloride directly Since it can be heated, the heating time can be further shortened.

図16は、図14に示した廃熱利用による予備加熱装置のさらに他の構成例を説明する図14と同様の断面図である。図16では、図14に示したスパイラルコンベア9の出口側(右端)に穴をあけた歯21を取り付けてある。この歯21により、加熱された破砕プラスチックを押し出し加圧成形して細粒化することを可能になる。この場合は、加圧成形させることから破砕プラスチックが自己発熱するので、エネルギーの節約になるという効果もある。   16 is a cross-sectional view similar to FIG. 14 for explaining still another configuration example of the preheating device using waste heat shown in FIG. In FIG. 16, teeth 21 with holes are attached to the exit side (right end) of the spiral conveyor 9 shown in FIG. This tooth 21 makes it possible to extrude and crush the heated crushed plastic into fine particles. In this case, since crushing plastic self-heats because it is pressure-molded, it also has an effect of saving energy.

次に、本発明の熱処理システムを構成するハロゲン系プラスチック等の脱ハロゲン化装置の構成を説明する。   Next, the configuration of a dehalogenation apparatus such as a halogen-based plastic constituting the heat treatment system of the present invention will be described.

[バッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置]
図17Aは、バッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の中央部をドアに平行な面で切った断面図であり、図17Bは、図17Aの中央部をドアに直角な面で切った断面図である。図17Aと図17Bにおいて、符号23は処理室(アプリケータ)であり、金属の壁で構成されている。このアプリケータ23の天井部には穴がある。この穴にはハロゲン化水素を収集するためのパイプ30が外側から嵌め込まれ、ハロゲン系プラスチックが加熱されたことにより発生するハロゲン化水素を後述する中和処理装置に導入して、中和塩の形にして無害化する。なお、ドア32は前記した容器2を装置内部に出し入れするために開閉するもので、アプリケータ23の正面(図17Aの手前の金属壁)に設けられている。
[Batch microwave dehalogenation equipment]
17A is a cross-sectional view in which the central portion of the batch-type microwave application dehalogenation apparatus is cut by a plane parallel to the door, and FIG. 17B is a cross-sectional view in which the central portion of FIG. 17A is cut by a plane perpendicular to the door. It is. In FIG. 17A and FIG. 17B, the code | symbol 23 is a process chamber (applicator), and is comprised by the metal wall. The applicator 23 has a hole in the ceiling. In this hole, a pipe 30 for collecting hydrogen halide is fitted from the outside, and hydrogen halide generated by heating the halogen-based plastic is introduced into a neutralization treatment apparatus to be described later. Make it harmless. The door 32 opens and closes in order to put the container 2 in and out of the apparatus, and is provided on the front surface of the applicator 23 (metal wall in front of FIG. 17A).

また、アプリケータ23の左右および奥の側面には、それぞれ穴が1個あり、それぞれの穴からマイクロ波が供給されるようになっている。なお、マイクロ波の給電部の総数を3個で説明したが、これに捉われる必要は無く、1個でも複数個でも良い。そして、マイクロ波供給部分には、マイクロ波発生デバイス(マグネトロン)26が設置されている。符号27はマグネトロン26のアンテナ、符号28は導波管、符号29は石英やセラミックスなどマイクロ波を透過する性質のある材料からなる仕切り板である。この仕切り板29により、腐食性のガスがマグネトロンのアンテナ側へ漏れ出るのを防止している。   In addition, the applicator 23 has one hole on each of the left and right and back side surfaces, and microwaves are supplied from each hole. Although the total number of microwave power feeding units has been described as three, it is not necessary to be limited to this, and one or a plurality of microwave feeding units may be used. A microwave generation device (magnetron) 26 is installed in the microwave supply portion. Reference numeral 27 denotes an antenna of the magnetron 26, reference numeral 28 denotes a waveguide, and reference numeral 29 denotes a partition plate made of a material that transmits microwaves, such as quartz or ceramics. The partition plate 29 prevents corrosive gas from leaking to the antenna side of the magnetron.

そして、図17Aの左右の側面には、アプリケータ23内のマイクロ波による定在波をかき乱して、加熱むらを出来る限り小さくさせるために、金属でできたスターラブレード24を配置し、モーター25でそれぞれのスターラブレード24を回転させる構造になっている。なお、スターラブレード24の側面からの位置(距離)や大きさ形状そして回転スピードなどは、左右を必ずしも同じにする必要はない。   17A, a stirrer blade 24 made of metal is arranged on the left and right side surfaces of the applicator 23 to disturb the standing wave caused by the microwaves in the applicator 23 so as to minimize the heating unevenness. Each stirrer blade 24 is configured to rotate. It should be noted that the position (distance) from the side surface of the stirrer blade 24, the size shape, the rotational speed, etc. are not necessarily the same on the left and right.

被加熱物である破砕プラスチック1は容器2の中に入れられ、陶磁器などセラミックス、各種レンガあるいはガラスなどで作られた台75の上に置かれている。この破砕プラスチック1は予備加熱されていても、予備加熱されていなくても、どちらでも良い。   The crushed plastic 1 which is an object to be heated is put in a container 2 and placed on a table 75 made of ceramics such as ceramics, various bricks or glass. The crushed plastic 1 may be either preheated or not preheated.

図17A、図17Bには、特に図示してないが、破砕プラスチックの表面温度を監視する非接触型温度センサーが取り付けてある。そして、熱風導入パイプ33を通して、熱風がアプリケータ23に送り込まれている。ここで、マイクロ波漏洩防止の目的で、金属網またはパンチングメタル34が取り付けてある。この熱風は廃熱を利用すれば、安価なエネルギー源となる。このような構成で、破砕プラスチックの脱ハロゲン処理を進める。以下、この脱ハロゲン処理について説明する。   In FIG. 17A and FIG. 17B, a non-contact temperature sensor for monitoring the surface temperature of the crushed plastic is attached, although not particularly shown. And hot air is sent into the applicator 23 through the hot air introduction pipe 33. Here, a metal net or punching metal 34 is attached for the purpose of preventing microwave leakage. If the hot air uses waste heat, it becomes an inexpensive energy source. With such a configuration, the dehalogenation treatment of the crushed plastic is advanced. Hereinafter, this dehalogenation process will be described.

(1)破砕ハロゲン系プラスチックを予備加熱せずに装置に投入する場合
(A)熱風の温度を、下限はハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点とし、上限はハロゲン系プラスチックが熱分解反応を起こして炭素・炭素間結合が切れる温度とする場合:
(たとえば、塩化ビニルの場合、下限を75℃とし上限を350℃とする熱風とする)
塩化ビニルの場合、実用的な設定熱風温度は、200℃から300℃の間としてアプリケータの中に入れる。破砕ハロゲン系プラスチックは、照射したマイクロ波を吸収して発熱し、内部から温度上昇する。したがって、熱風の温度とマイクロ波吸収による発熱の両方を加味した上で、炭素・炭素間結合が切れる温度を超えないように、マイクロ波出力と熱風の温度とを組み合わせることになる。
(1) When the crushed halogen-based plastic is put into the apparatus without preheating (A) The temperature of the hot air, the lower limit is the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex permittivity of the halogen-based plastic increases The upper limit is the temperature at which the halogen-based plastic undergoes a thermal decomposition reaction and the carbon-carbon bond is broken:
(For example, in the case of vinyl chloride, hot air with a lower limit of 75 ° C. and an upper limit of 350 ° C.)
In the case of vinyl chloride, the practical set hot air temperature is between 200 ° C and 300 ° C in the applicator. The crushed halogen plastic absorbs the irradiated microwave and generates heat, and the temperature rises from the inside. Therefore, the microwave output and the temperature of the hot air are combined so as not to exceed the temperature at which the carbon-carbon bond is broken, taking into account both the temperature of the hot air and the heat generated by the microwave absorption.

このような温度で加熱すると、破砕ハロゲン系プラスチックは、マイクロ波電力を吸収して発熱して、熱分解開始温度以上に急上昇し、ハロゲン化水素を急激に放出する。ハロゲン系プラスチックの構造体に、炭素原子と結合していたハロゲンが全て分離してしまうと、マイクロ波による発熱量が極端に下がるので、マイクロ波を照射し続けているにもかかわらず破砕ハロゲン系プラスチックの温度は熱風の温度と同じ程度になる。   When heated at such a temperature, the crushed halogen-based plastic generates heat by absorbing microwave power, rapidly rises above the thermal decomposition start temperature, and releases hydrogen halide rapidly. If all halogens bonded to carbon atoms are separated in the structure of halogen-based plastic, the amount of heat generated by microwaves will be drastically reduced. The temperature of the plastic is about the same as that of hot air.

熱風と同じ温度に下がるといっても、熱分解によりハロゲンが分離できる温度であるため、非接触型温度センサーで破砕ハロゲン系プラスチックの温度をモニターして、表面温度の上昇が止まったら、あるいは、表面温度が低下し始めたら、分解が完了したと認識し、マイクロ波の供給を停止しできる。そして、マイクロ波を停止して直ちに、あるいは、ハロゲンの分離をさらに確実にするために、熱風だけで加熱する時間を少し与えた後に、処理済プラスチックを装置から取り出す。   Even if it falls to the same temperature as hot air, it is a temperature at which halogen can be separated by pyrolysis, so monitor the temperature of the crushed halogen-based plastic with a non-contact temperature sensor, and if the rise in surface temperature stops, When the surface temperature starts to decrease, it can be recognized that the decomposition has been completed, and the microwave supply can be stopped. Then, immediately after stopping the microwave, or in order to further ensure the separation of the halogen, after giving a little time for heating with only hot air, the treated plastic is taken out from the apparatus.

(B)熱風の温度を、下限はハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点とし、上限はハロゲン系プラスチックが熱分解反応を起こして炭素・ハロゲン間結合が切れる温度とする場合:
(たとえば、塩化ビニルの場合、下限を75℃とし上限を210℃とする熱風とする)
塩化ビニルの場合、実用的な設定熱風温度は、150℃から200℃の間としてアプリケータの中に入れる。破砕ハロゲン系プラスチックは、照射したマイクロ波を吸収して発熱し、内部から温度上昇する。したがって、熱風の温度とマイクロ波吸収による発熱の両方を加味した上で、炭素・炭素間結合が切れる温度を超えないように、マイクロ波出力と熱風の温度とを組み合わせることになる。すなわち、(A)の場合より大きなマイクロ波電力を供給することが出来る。
(B) The temperature of the hot air is the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex dielectric constant of the halogen-based plastic increases, and the upper limit is the temperature between carbon and halogen due to the thermal decomposition of the halogen-based plastic. For the temperature at which the bond breaks:
(For example, in the case of vinyl chloride, use hot air with a lower limit of 75 ° C. and an upper limit of 210 ° C.)
In the case of vinyl chloride, a practical set hot air temperature is between 150 ° C. and 200 ° C. in the applicator. The crushed halogen plastic absorbs the irradiated microwave and generates heat, and the temperature rises from the inside. Therefore, the microwave output and the temperature of the hot air are combined so as not to exceed the temperature at which the carbon-carbon bond is broken, taking into consideration both the temperature of the hot air and the heat generated by the microwave absorption. That is, larger microwave power than in the case of (A) can be supplied.

このような温度で加熱すると、破砕ハロゲン系プラスチックは、マイクロ波電力を吸収して発熱して、熱分解開始温度以上に急上昇し、ハロゲン化水素を急激に放出する。ハロゲン系プラスチックの構造体に、炭素原子と結合していたハロゲンが全て分離してしまうと、マイクロ波による発熱量が極端に下がるので、マイクロ波を照射し続けているにもかかわらず破砕ハロゲン系プラスチックの温度は熱風の温度と同じ程度になる。   When heated at such a temperature, the crushed halogen-based plastic generates heat by absorbing microwave power, rapidly rises above the thermal decomposition start temperature, and releases hydrogen halide rapidly. If all halogens bonded to carbon atoms are separated in the structure of halogen-based plastic, the amount of heat generated by microwaves will be drastically reduced. The temperature of the plastic is about the same as that of hot air.

したがって、非接触型温度センサーで破砕ハロゲン系プラスチックの温度をモニターし、表面温度の上昇が止まったら、あるいは、温度が低下し始めたら、分解が完了したと認識し、マイクロ波の供給を停止しできる。この方式の場合は、マイクロ波を停止して直ちに、あるいは、ハロゲンの分離をさらに確実にするために、熱風だけで加熱する時間を少し与え、プラスチックの温度が、熱分解開始温度の220℃より低くなったら、処理済プラスチックを装置から取り出す。   Therefore, the temperature of the crushed halogen-based plastic is monitored with a non-contact temperature sensor, and when the surface temperature stops rising or starts to decrease, it is recognized that the decomposition is complete, and the microwave supply is stopped. it can. In the case of this method, immediately after stopping the microwave, or in order to further ensure the separation of the halogen, a little time for heating with hot air is given, and the temperature of the plastic is higher than the thermal decomposition start temperature of 220 ° C. When low, remove the treated plastic from the equipment.

上記の(A)(B)は、ハロゲン系プラスチックだけの場合を想定した説明であった。他のプラスチックと混合しているいわゆる一般廃プラの場合は、他のプラスチックの軟化点(融点)と、ハロゲン系プラスチックの各熱分解温度とを比較し、他のプラスチックの軟化点(融点)が低いのであれば、熱風温度の上限は、他のプラスチックの軟化点(融点)として、(A)または(B)の方法で処理すればよい。   The above (A) and (B) are explanations assuming the case of only halogen-based plastics. In the case of so-called general waste plastics mixed with other plastics, the softening point (melting point) of other plastics is compared with the thermal decomposition temperatures of halogen-based plastics. If it is low, the upper limit of the hot air temperature may be treated by the method (A) or (B) as the softening point (melting point) of other plastics.

(2)破砕ハロゲン系プラスチックを予備加熱して装置に投入する場合
前記図13から図16に示した方法で予備加熱した破砕ハロゲン系プラスチックを図17の装置で脱ハロゲン化する場合も、基本的には、上記の(1)の(A)または(1)の(B)で説明した方法で処理が可能である。処理の完了は、温度センサーでモニターしている破砕ハロゲン系プラスチックの温度で管理しているので、予備加熱してあれば、それだけ早く分解反応が完了する。
(2) In the case where the crushed halogen-based plastic is preheated and put into the apparatus, the case where the crushed halogen-based plastic preheated by the method shown in FIGS. 13 to 16 is dehalogenated by the apparatus shown in FIG. Can be processed by the method described in (A) of (1) or (B) of (1). Since the completion of the treatment is controlled by the temperature of the crushed halogen-based plastic monitored by the temperature sensor, the decomposition reaction is completed as soon as it is preheated.

ここで強調する点は、前記(1)においては、熱分解を早く完了させるためには、従来加熱法を併用することにより、マイクロ波加熱時間の短縮を考えたが、従来加熱法で予備加熱をした破砕ハロゲン系プラスチックの場合は、熱風は必ずしも必要ないという点である。   The point to be emphasized here is that in (1), in order to complete the thermal decomposition quickly, the conventional heating method was used in combination to shorten the microwave heating time. In the case of crushed halogen-based plastics, hot air is not necessarily required.

以下、本発明による別のバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置について図18、図19および図20を参照して説明する。図17A、図17Bに示した脱ハロゲン化装置との違いは、電気ヒーターを追加した点である。図18は、本発明による別のバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の構成を説明する図17Bと同様の断面図である。図19は、本発明によるさらに別のバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の構成を説明する図17Bと同様の断面図である。図20は、本発明によるさらにまた別のバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の構成を説明する図17Bと同様の断面図である。図21は、図20で用いた上部ヒーターの詳細を説明する平面図である。   Hereinafter, another batch-type microwave dehalogenation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 18, 19 and 20. FIG. The difference from the dehalogenation apparatus shown in FIGS. 17A and 17B is that an electric heater is added. FIG. 18 is a cross-sectional view similar to FIG. 17B for explaining the configuration of another batch type microwave dehalogenation apparatus according to the present invention. FIG. 19 is a cross-sectional view similar to FIG. 17B illustrating the configuration of still another batch-type microwave application dehalogenation apparatus according to the present invention. FIG. 20 is a cross-sectional view similar to FIG. 17B for explaining the configuration of still another batch-type microwave application dehalogenation apparatus according to the present invention. FIG. 21 is a plan view illustrating details of the upper heater used in FIG.

図18、図19および図20では、熱風の他にヒーターの追加になっているが、熱風の導入はやめて、ヒーターだけでもよい。図18と図19との違いは、ヒーターの取り付け位置である。図18ではアプリケータの外側でアプリケータに接している。また、図19はアプリケータの内側でアプリケータ接している。そして、図20はアプリケータの中にヒーターを置き、破砕ハロゲン系プラスチックを上部から加熱するので、図のように図19の構造に付加できる。   In FIG. 18, FIG. 19 and FIG. 20, a heater is added in addition to the hot air, but the introduction of the hot air is stopped and only the heater may be used. The difference between FIG. 18 and FIG. 19 is the attachment position of the heater. In FIG. 18, it contacts the applicator outside the applicator. Further, FIG. 19 is in contact with the applicator inside the applicator. In FIG. 20, a heater is placed in the applicator, and the crushed halogen-based plastic is heated from above, so that it can be added to the structure of FIG. 19 as shown.

熱風と電気ヒーターとの違いは、熱風は温度制御が難しいのに対し、電気ヒーターは、それが容易である点である。熱風は廃熱が直接利用できるので、ベースになる温度は廃熱を利用した熱風とし、温度制御が必要なところ、たとえば従来加熱法で、設定温度の上限近くに、廃プラの温度を設定するべく加熱する部分は、電気ヒーターを利用すると、マイクロ波照射時間を短くできる。   The difference between hot air and electric heaters is that hot air is difficult to control temperature, whereas electric heaters are easy to do. Since waste heat can be used directly with hot air, the base temperature should be hot air that uses waste heat, and temperature control is required. For example, the temperature of waste plastic is set near the upper limit of the set temperature using the conventional heating method. When an electric heater is used for the portion to be heated as much as possible, the microwave irradiation time can be shortened.

図22から図25を参照して本発明の実施例3を説明する。実施例3では、アプリケータ23の中にターンテーブル41を設け、それを回転させてマイクロ波による加熱むらを無くす方法を採用した。図22Aは、本発明の実施例3のターンテーブル方式の基本構造を説明するドアと直角な面での断面図、図22Bは、図22Aに示したターンテーブル方式の基本構造を説明するドアと平行な面での断面図である。マイクロ波の攪拌手段にターンテーブル41を採用した違いはあるが、破砕ハロゲン系プラスチックからハロゲンを熱分解により分離する方法は、図17A、図17Bの説明と同様である。   A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In Example 3, the turntable 41 was provided in the applicator 23, and the rotation table 41 was rotated to eliminate uneven heating due to microwaves. 22A is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the door for explaining the basic structure of the turntable system according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 22B is a door for explaining the basic structure of the turntable system shown in FIG. 22A. It is sectional drawing in a parallel surface. Although there is a difference in adopting the turntable 41 as the microwave stirring means, the method for separating the halogen from the crushed halogen-based plastic by thermal decomposition is the same as described in FIGS. 17A and 17B.

図23Aは、図22A、図22Bの構造に電気ヒーターを追加した構造を説明する図22Aと同様の断面図である。また、図23Bは、図23Aに示したターンテーブル方式の基本構造を説明するドアと平行な面での図22Bと同様の断面図である。この構造についても、スターラタイプを採用した図20と同じ構造であり、同様の効果が期待できることは明らかである。   FIG. 23A is a cross-sectional view similar to FIG. 22A illustrating a structure in which an electric heater is added to the structure of FIGS. 22A and 22B. FIG. 23B is a cross-sectional view similar to FIG. 22B on a plane parallel to the door for explaining the basic structure of the turntable system shown in FIG. 23A. This structure is the same as that of FIG. 20 adopting the stirrer type, and it is obvious that the same effect can be expected.

前述した図17Aから図20では、アプリケータの中にマイクロ波を撹拌するスターラブレードを入れて、それを回転させて、マイクロ波による加熱むらを改善する方法を採用している。これに対し、図22Aおよび図23Bでは、ターンテーブルに置いた破砕ハロゲン系プラスチックを入れた容器をターンテーブルと一緒に回転させ、マイクロ波による加熱むらを改善する方法である。図示しなかったが、スターラブレードとターンテーブルとを組み合わせにすれば、マイクロ波による加熱むらは更に改善されることは言うまでも無い。   In FIG. 17A to FIG. 20 described above, a method is adopted in which a stirrer blade that stirs microwaves is placed in an applicator and is rotated to improve heating unevenness due to microwaves. On the other hand, in FIG. 22A and FIG. 23B, a container containing crushed halogen-based plastic placed on a turntable is rotated together with the turntable to improve heating unevenness due to microwaves. Although not shown, it goes without saying that if the stirrer blade and turntable are combined, the uneven heating by microwaves can be further improved.

図24は、本発明のターンテーブル方式の発展型の構造を説明するドアと直角な面での断面図である。すなわち、図23の電気ヒーターを、直接、破砕ハロゲン系プラスチック1を入れた容器2の中に入れて、ターンテーブル41を回転させる構造としたものである。これにより、破砕ハロゲン系プラスチック1を機械的に撹拌できるので、熱風やヒーターからの熱を早く破砕ハロゲン系プラスチック1全体に伝えることができる。   FIG. 24 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the door, illustrating an advanced structure of the turntable system of the present invention. That is, the electric heater shown in FIG. 23 is directly placed in the container 2 containing the crushed halogen-based plastic 1, and the turntable 41 is rotated. As a result, the crushed halogen-based plastic 1 can be mechanically stirred, so that heat from the hot air or the heater can be quickly transmitted to the entire crushed halogen-based plastic 1.

図24では、電気ヒーターを使って機械的に破砕ハロゲン系プラスチックを撹拌する構造を採用したが、熱風が満遍なく全体に伝わればよいので、電気ヒーターである必要は無く、金属でも、セラミックスでも、掻き混ぜる機能さえあれば、目的を達することができる。   In FIG. 24, a structure in which the pulverized halogen-based plastic is stirred mechanically using an electric heater is used, but it is not necessary to be an electric heater because hot air can be transmitted evenly, and it can be scraped with either metal or ceramics. If you have the ability to mix, you can reach your goals.

図25は、本発明のターンテーブル方式のさらに発展型の構造を説明するドアと直角な面での断面図である。この構造では、図24にスターラを追加してマイクロ波を撹拌することにより、固定部分、すなわち、直接、破砕ハロゲン系プラスチックを掻き混ぜる電気ヒーターの表面(ヒーターではなく、単に掻き混ぜ棒として金属製を採用した場合は、その表面)に発生するマイクロ波の定在波の影響を受けて、表面がマイクロ波加熱されて部分的に温度が高くなるのを、改善させている。   FIG. 25 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the door, illustrating a further developed structure of the turntable system of the present invention. In this structure, by adding a stirrer to FIG. 24 and stirring the microwave, the fixed part, that is, the surface of the electric heater that directly stirs the crushed halogen-based plastic (not a heater, but simply made of a metal as a stirring rod). Is used, the surface is heated by microwaves under the influence of the standing wave of the microwave generated on the surface), and the temperature is partially increased.

図26Aは、本発明の実施例5構造を説明するスパイラルコンベアの軸を通る面での断面図である。また、図26Bは、図26AのA−B線に沿った破断面を示す断面図である。破砕されたハロゲン系プラスチックあるいはハロゲン系プラスチックを含む混合プラスチック1は、金属製のホッパー45に投入される。符号44は金属製の蓋で、バッチ処理を行う場合の構造である。連続投入する場合は、蓋44にマイクロ波は通さないが、破砕プラスチックは通す穴を開ければよい。   FIG. 26A is a cross-sectional view taken along a plane passing through the axis of a spiral conveyor, illustrating the structure of the fifth embodiment of the present invention. FIG. 26B is a cross-sectional view showing a fractured surface along the line AB in FIG. 26A. The crushed halogen plastic or mixed plastic 1 containing halogen plastic is put into a metal hopper 45. Reference numeral 44 denotes a metal lid, which is a structure for batch processing. In the case of continuous charging, microwaves do not pass through the lid 44, but a hole through which the crushed plastic can pass may be formed.

モーター53は、接続されたスパイラルコンベア54を回転させる。符号46,47,48,49はセラミックスで、合わせて中空円筒体を形成し、モーター53、スパイラルコンベア54とあいまって、破砕プラスチックを、図26Aで左から右に移動させる機能を持っている。   The motor 53 rotates the connected spiral conveyor 54. Reference numerals 46, 47, 48, and 49 are ceramics, which together form a hollow cylindrical body, and together with the motor 53 and the spiral conveyor 54, have the function of moving the crushed plastic from left to right in FIG. 26A.

セラミックスで中空円筒体を形成させた理由は、マイクロ波をこの部分に照射しなければならないこと、スパイラルコンベア54はその要求される機能と強度から金属製であることが要求されるが、スパイラルコンベア54が接触または接近する中空円筒体も金属の場合には、その接触部または接近部でマイクロ波スパークが発生する可能性が大きいからである。セラミックスにすることにより、セラミックス内部にマイクロ波が伝播するので、広範囲にマイクロ波を照射できる。   The reason why the hollow cylindrical body is formed of ceramics is that this part must be irradiated with microwaves, and the spiral conveyor 54 is required to be made of metal due to its required function and strength. This is because when the hollow cylindrical body 54 contacts or approaches is also a metal, there is a high possibility that microwave sparks are generated at the contact portion or the approaching portion. By using ceramics, microwaves propagate inside the ceramics, so that microwaves can be irradiated over a wide area.

一方、マイクロ波が作用するアプリケータは、金属板50、51、52が主たる構造体になる。したがって、スパイラルコンベア54の構造体もアプリケータの内部になる。もちろん、円筒部分の内径がマイクロ波を透過するのに十分な大きさの場合には、その部分もアプリケータとして加味しなければならない。   On the other hand, the metal plate 50, 51, 52 is the main structure of the applicator on which the microwave acts. Therefore, the structure of the spiral conveyor 54 is also inside the applicator. Of course, if the inner diameter of the cylindrical portion is large enough to transmit microwaves, that portion must also be considered as an applicator.

例えば、ホッパー45から破砕プラスチック1をスパイラルコンベア54に取り込む部分は、通常縊れているが、この内径は必ずしもマイクロ波を遮断する径にまで小さくする必要はない。ホッパー45の内部までマイクロ波が透過して破砕プラスチック1を加熱するエネルギーとして使用されるのであれば、無駄にはならないからである。   For example, a portion where the crushed plastic 1 is taken into the spiral conveyor 54 from the hopper 45 is usually drowned, but this inner diameter does not necessarily have to be reduced to a diameter that blocks microwaves. This is because if the microwave passes through the hopper 45 and is used as energy for heating the crushed plastic 1, it will not be wasted.

熱分解の生成物としてでるハロゲン化水素は、パイプ56および58から排出される。この部分の接続は図示してないが、金網やパンチングメタルなどを挟むことにより、マイクロ波の透過を阻止できる。尚、処理済破砕プラスチックが排出されるパイプ55は、マイクロ波の透過を阻止できる内径にまですることにより、マイクロ波の漏洩を阻止する構造にしてある。しかし、この55は、必ずしもパイプ状にして処理完了破砕プラスチック62を順次トレイ61に入れる必要は無いので、55の部分を大きな容器にして、すなわち、パイプの底を閉じて、処理完了プラスチックを蓄える構造でもよい。   Hydrogen halide which is generated as a product of thermal decomposition is discharged from the pipes 56 and 58. Although connection of this portion is not shown, transmission of microwaves can be prevented by sandwiching a metal mesh or punching metal. The pipe 55 through which the processed crushed plastic is discharged has a structure that prevents microwave leakage by increasing the inner diameter to prevent microwave transmission. However, since it is not always necessary for the 55 to be in the form of a pipe and the processing completion crushing plastic 62 is sequentially put into the tray 61, the portion 55 is made a large container, that is, the bottom of the pipe is closed to store the processing completion plastic. It may be a structure.

また、マイクロ波の供給部分は、マグネトロン26、アンテナ27、導波管28、仕切り板29からなっている。従来加熱法による加熱方法は、実施例5では電気ヒーターを利用する方法を採用しているが、廃熱を利用した熱風を使う方法もある。破砕ハロゲン系プラスチックからハロゲンが分離する原理、マイクロ波加熱および従来加熱方法との併用で所望の機能が得られることは既に説明してあるので、ここでは省略する。   The microwave supply portion includes a magnetron 26, an antenna 27, a waveguide 28, and a partition plate 29. As a heating method by the conventional heating method, a method using an electric heater is adopted in Example 5, but there is a method using hot air using waste heat. Since the principle that halogen is separated from the crushed halogen-based plastic, the microwave heating and the combined use with the conventional heating method have already been described, they are omitted here.

図26Aではスパイラルコンベア54を水平に置いた状態で説明しているが、たとえば、塩化ビニルを処理する場合、発生する塩化水素は軽いので、図26Aにおいて、右側を上にあげてスパイラルコンベア54を斜め配置し、破砕プラスチックが加熱されながら上方に移動する構造にすれば、発生した塩化水素はスムースに排出できる。   In FIG. 26A, the spiral conveyor 54 is described as being placed horizontally. However, for example, when vinyl chloride is processed, the generated hydrogen chloride is light. Therefore, in FIG. If the structure is arranged obliquely and the crushed plastic moves upward while being heated, the generated hydrogen chloride can be discharged smoothly.

図27Aは、本発明の実施例6構造を説明するスパイラルコンベアの軸を通る面での断面図である。また、図27Bは、図27AのA−B線に沿った破断面を示す断面図である。実施例6は、図15で説明した構造と図26Aおよび図26Bに示した構造とを結合して、連続的に脱ハロゲン化を可能にしたものである。この実施例の説明は図15と図26Aおよび図26Bに重複するので、省略する。   FIG. 27A is a cross-sectional view taken along a plane passing through the axis of a spiral conveyor, illustrating the structure of Example 6 of the present invention. FIG. 27B is a cross-sectional view showing a fractured surface along the line AB in FIG. 27A. In Example 6, the structure described in FIG. 15 and the structure shown in FIGS. 26A and 26B are combined to enable continuous dehalogenation. The description of this embodiment overlaps with FIG. 15, FIG. 26A and FIG.

図28は、本発明の各実施例の脱ハロゲン装置で発生したハロゲン化水素を中和処理するための中和装置の一例を説明する断面図である。図28では、パイプ64を通して矢印63で示した脱ハロゲン装置からの空気およびハロゲン化水素を中和タンク65に取り入れる。中和タンク65の中には、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ溶液66が満たされている。空気と共に導入されたハロゲン化水素は、アルカリ溶液66と反応してハロゲン化ナトリウムやハロゲン化カルシウムなどの中和塩67となって中和タンク65の底部に沈殿する。   FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining an example of a neutralization apparatus for neutralizing hydrogen halide generated in the dehalogenation apparatus of each embodiment of the present invention. In FIG. 28, air and hydrogen halide from the dehalogenation apparatus indicated by the arrow 63 are taken into the neutralization tank 65 through the pipe 64. The neutralization tank 65 is filled with an alkaline solution 66 such as sodium hydroxide or calcium hydroxide. The hydrogen halide introduced together with the air reacts with the alkaline solution 66 and becomes a neutralized salt 67 such as sodium halide or calcium halide and precipitates at the bottom of the neutralization tank 65.

中和タンク65の中を負圧にして生成ガスを早く中和タンク65に取り入れるように、真空ポンプ69を採用している。中和処理完了空気68は、真空ポンプ69でパイプ70を通して矢印71に示した中和処理完了空気排出方向に排出される。   A vacuum pump 69 is employed so that the inside of the neutralization tank 65 has a negative pressure and the generated gas is quickly taken into the neutralization tank 65. The neutralization processing completion air 68 is discharged through the pipe 70 by the vacuum pump 69 in the neutralization processing completion air discharge direction indicated by the arrow 71.

この中和装置を前記した実施例のいずれかと組み上げることで、所望のマイクロ波応用ハロゲン系プラスチックの熱分解処理システムを提供することができる。   By assembling this neutralization apparatus with any of the above-described embodiments, it is possible to provide a thermal decomposition treatment system for a desired microwave-applied halogen-based plastic.

廃ハロゲン系プラスチックを鉄鉱石などの還元剤にコークスの代替として用いる場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of using a waste halogen-type plastic as a substitute for coke for reducing agents, such as iron ore. 従来の廃プラ脱塩素処理システムから推定して考えた処理の流れ図である。It is the flowchart of the process estimated from the conventional waste plastic dechlorination processing system. 100℃に設定した循環熱風方式の恒温槽に5cm立方体のプラスチックを入れて経過時間に対する温度を測定した結果である。It is the result of putting the 5 cm cube plastic in the circulating hot air type thermostat set to 100 ° C. and measuring the temperature with respect to the elapsed time. 塩化ビニルの分子構造と脱塩素後の骨格構造を説明する図である。It is a figure explaining the molecular structure of vinyl chloride and the skeleton structure after dechlorination. 塩化ビニルの複素誘電率(虚数項)の温度変化を説明する図である。It is a figure explaining the temperature change of the complex dielectric constant (imaginary term) of vinyl chloride. マイクロ波照射時間と塩化ビニルの温度との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between microwave irradiation time and the temperature of vinyl chloride. マイクロ波照射時間と塩化ビニルの温度上昇スピードの関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between microwave irradiation time and the temperature rise speed of vinyl chloride. 従来加熱法による熱分解の説明図である。It is explanatory drawing of the thermal decomposition by the conventional heating method. 破砕したハロゲン系プラスチック又は非ハロゲン系プラスチックの混合物をマイクロ波加熱する基本プロセスの流れ図である。2 is a flow diagram of a basic process for microwave heating a crushed halogenated or non-halogenated plastic mixture. 破砕したハロゲン系プラスチック又は非ハロゲン系プラスチックの混合物をマイクロ波加熱以外の加熱手段で加熱後にマイクロ波加熱を行うプロセスの流れ図である。It is a flowchart of the process of performing microwave heating, after heating the mixture of the halogen-type plastics or non-halogen-type plastics by heating means other than microwave heating. 破砕したハロゲン系プラスチック又は非ハロゲン系プラスチックの混合物を、従来加熱方法で加熱した後、マイクロ波加熱に切り替える方式を説明する流れ図である。It is a flowchart explaining the system which switches the mixture of the crushed halogen plastic or non-halogen plastic to microwave heating after heating by the conventional heating method. 破砕したハロゲン系プラスチック又は非ハロゲン系プラスチックの混合物を従来加熱方法で相転移温度以上に予備加熱してからマイクロ波加熱を追加する方式を説明する流れ図である。It is a flowchart explaining the system which adds microwave heating, after pre-heating the mixture of the crushed halogen-type plastic or non-halogen-type plastic more than a phase transition temperature with the conventional heating method. 破砕したプラスチックを入れたバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置用容器を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the container for batch type microwave application dehalogenation apparatuses which put the crushed plastic. 破砕ハロゲン系プラスチックの予備加熱装置の構造例を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structural example of the preheating apparatus of a crushing halogen-type plastic. 図13に示した予備加熱装置おいてヒーターの替わりに廃熱を利用した加熱流体を利用して破砕プラスチック4を予備加熱する装置を説明する図13と動揺の断面図である。It is sectional drawing of FIG. 13 explaining the apparatus which preheats the crushing plastic 4 using the heating fluid using waste heat instead of a heater in the preheating apparatus shown in FIG. 図14に示した廃熱利用による予備加熱装置の他の構成例を説明する図14と同様の断面図である。It is sectional drawing similar to FIG. 14 explaining the other structural example of the preheating apparatus by waste-heat utilization shown in FIG. 図14に示した廃熱利用による予備加熱装置のさらに他の構成例を説明する図14と同様の断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view similar to FIG. 14 for explaining still another configuration example of the preheating device using waste heat shown in FIG. 14. バッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の中央部をドアに平行な面で切った断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the center part of the batch type microwave application dehalogenation apparatus by the surface parallel to a door. 図17Aの中央部をドアに直角な面で切った断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the center part of FIG. 17A by the surface at right angles to a door. 本発明による別のバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の構成を説明する図17Bと同様の断面図である。It is the same sectional drawing as FIG. 17B explaining the structure of another batch type microwave application dehalogenation apparatus by this invention. 本発明によるさらに別のバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の構成を説明する図17Bと同様の断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view similar to FIG. 17B illustrating the configuration of still another batch-type microwave application dehalogenation apparatus according to the present invention. 本発明によるさらにまた別のバッチ式マイクロ波応用脱ハロゲン化装置の構成を説明する図17Bと同様の断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view similar to FIG. 17B for explaining the configuration of yet another batch-type microwave application dehalogenation apparatus according to the present invention. 図20で用いた上部ヒーターの詳細を説明する平面図である。It is a top view explaining the detail of the upper heater used in FIG. 本発明の実施例3のターンテーブル方式の基本構造を説明するドアと直角な面での断面図である。It is sectional drawing in the surface at right angles to the door explaining the basic structure of the turntable system of Example 3 of this invention. 図22Aに示したターンテーブル方式の基本構造を説明するドアと平行な面での断面図である。It is sectional drawing in the surface parallel to the door explaining the basic structure of the turntable system shown to FIG. 22A. 図22A、図22Bの構造に電気ヒーターを追加した構造を説明する図22Aと同様の断面図である。It is sectional drawing similar to FIG. 22A explaining the structure which added the electric heater to the structure of FIG. 22A and FIG. 22B. 図23Aに示したターンテーブル方式の基本構造を説明するドアと平行な面での図22Bと同様の断面図である。It is sectional drawing similar to FIG. 22B in the surface parallel to the door explaining the basic structure of the turntable system shown to FIG. 23A. 本発明のターンテーブル方式の発展型の構造を説明するドアと直角な面での断面図である。It is sectional drawing in the surface at right angles to the door explaining the development type structure of the turntable system of this invention. 本発明のターンテーブル方式のさらに発展型の構造を説明するドアと直角な面での断面図である。It is sectional drawing in the surface at right angles to the door explaining the further developed type structure of the turntable system of this invention. 本発明の実施例5構造を説明するスパイラルコンベアの軸を通る面での断面図である。It is sectional drawing in the surface which passes along the axis | shaft of the spiral conveyor explaining Example 5 structure of this invention. 図26AのA−B線に沿った破断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the torn surface along the AB line | wire of FIG. 26A. 本発明の実施例6構造を説明するスパイラルコンベアの軸を通る面での断面図である。It is sectional drawing in the surface which passes along the axis | shaft of the spiral conveyor explaining Example 6 structure of this invention. 図27AのA−B線に沿った破断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the torn surface along the AB line of FIG. 27A. 本発明の各実施例の脱ハロゲン装置で発生したハロゲン化水素を中和処理するための中和装置の一例を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining an example of the neutralization apparatus for neutralizing the hydrogen halide generated with the dehalogenation apparatus of each Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・破砕したハロゲン系プラスチック、2,4・・・容器、5・・・ホッパー、7・・・ヒーター、8・・・モーター、9・・・スパイラルコンベア、11・・・加熱済み破砕ハロゲン系プラスチック、15・・・中空円筒部、21・・・歯、23・・・アプリケータ、24・・・スターラブレード、26・・・マグネトロン、27・・・アンテナ、28・・・導波管、29・・・マイクロ波透過仕切り板、30・・・ハロゲン化水素収集管、32・・・ドア、33・・・熱風導入管、34・・・マイクロ波漏洩防止金属網またはパンチングメタル、36・・・ヒーター、37・・・保温カバー、38・・・金属製ヒーターカバー、39・・・上部ヒーター、41・・・ターンテーブル、42・・・ターンテーブル回転モーター、43・・・攪拌棒(ヒーター可)、44・・・ホッパー蓋、45・・・ホッパー、65・・・中和タンク。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crushed halogen plastic, 2, 4 ... Container, 5 ... Hopper, 7 ... Heater, 8 ... Motor, 9 ... Spiral conveyor, 11 ... Heated crush Halogen plastic, 15 ... hollow cylindrical part, 21 ... tooth, 23 ... applicator, 24 ... stirrer blade, 26 ... magnetron, 27 ... antenna, 28 ... waveguide Tube ... 29 microwave transmission partition plate, 30 ... hydrogen halide collection tube, 32 ... door, 33 ... hot air introduction tube, 34 ... microwave leakage prevention metal mesh or punching metal, 36 ... Heater, 37 ... Thermal insulation cover, 38 ... Metal heater cover, 39 ... Upper heater, 41 ... Turntable, 42 ... Turntable rotation motor, 43 ...・ Stirring bar (heater available), 44 ... hopper lid, 45 ... hopper, 65 ... neutralization tank.

Claims (11)

マイクロ波を応用してハロゲン系プラスチックを熱分解するための熱分解処理システムであって、
前記熱分解処理システムは、マイクロ波加熱手段とマイクロ波加熱以外の加熱手段とを有し、
前記マイクロ波加熱以外の加熱手段は、その設定温度の下限が前記ハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点近傍あるいはそれ以上の温度で、該設定温度の上限が前記ハロゲン系プラスチックの分子構造式の炭素・炭素間結合を熱で分離させる温度であり、
前記マイクロ波加熱以外の加熱手段と前記マイクロ波加熱手段とを併用して前記ハロゲン系プラスチックを分解させることを特徴とする熱分解処理システム。
A thermal decomposition treatment system for thermally decomposing halogen-based plastics using microwaves,
The pyrolysis processing system has microwave heating means and heating means other than microwave heating,
The heating means other than the microwave heating is such that the lower limit of the set temperature is at or near the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss coefficient) of the complex dielectric constant of the halogen-based plastic increases. Is the temperature at which the carbon-carbon bond in the molecular structure formula of the halogen-based plastic is separated by heat,
A thermal decomposition treatment system characterized in that the halogen-based plastic is decomposed by using a heating means other than the microwave heating in combination with the microwave heating means.
前記マイクロ波加熱以外の加熱手段は、ヒーター、または熱風、もしくはヒーターと熱風であることを特徴とする請求項1に記載の熱分解処理システム。   The thermal decomposition treatment system according to claim 1, wherein the heating means other than the microwave heating is a heater, hot air, or a heater and hot air. 前記マイクロ波加熱以外の加熱手段の設定温度の下限はハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点であり、該設定温度の上限は前記ハロゲン系プラスチックが熱でハロゲン化水素を分離させ始める温度であることを特徴とする請求項1に記載の熱分解処理システム。   The lower limit of the set temperature of the heating means other than the microwave heating is a temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex dielectric constant of the halogen-based plastic increases, and the upper limit of the set temperature is that of the halogen-based plastic The thermal decomposition treatment system according to claim 1, wherein the temperature is a temperature at which the hydrogen halide begins to be separated by heat. 前記ハロゲン系プラスチックの内部温度あるいは表面温度の少なくとも一部分の温度 を検出する温度検出手段とを有し、
前記マイクロ波加熱以外の加熱手段の設定温度を前記ハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点以上の温度に設定して前記ハロゲン系プラスチックを加熱し、
前記温度検出手段の検出温度が、前記損失係数の温度勾配が大きくなる温度以上で、かつ、熱によりハロゲン化水素を分離開始する温度以下にまで達した後、前記マイクロ波加熱手段のマイクロ波の照射を開始することを特徴とする請求項1に記載の熱分解処理システム。
Temperature detecting means for detecting the temperature of at least part of the internal temperature or surface temperature of the halogen-based plastic,
The set temperature of the heating means other than the microwave heating is set to a temperature equal to or higher than the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary number term (loss factor) of the complex permittivity of the halogen-based plastic increases, and the halogen-based plastic is heated,
After the temperature detected by the temperature detecting means reaches a temperature higher than the temperature at which the temperature gradient of the loss coefficient becomes larger and lower than a temperature at which separation of hydrogen halide by heat is started, the microwave of the microwave heating means Irradiation is started, The thermal decomposition processing system of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記マイクロ波加熱以外の加熱手段でハロゲン系プラスチックの加熱を開始した後、前記温度検出手段の検出温度が、前記ハロゲン系プラスチックの損失係数の温度勾配が大きくなる温度以上で、かつ、熱分解反応を起こす温度以下まで達した後、前記マイクロ波加熱手段のマイクロ波の照射を開始するのと略同時に、前記マイクロ波加熱以外の加熱手段よる加熱を停止することを特徴とする請求項4に記載の熱分解処理システム。   After the heating of the halogen-based plastic by the heating means other than the microwave heating, the detection temperature of the temperature detection means is equal to or higher than the temperature at which the temperature gradient of the loss coefficient of the halogen-based plastic is increased, and the thermal decomposition reaction 5. The heating by the heating means other than the microwave heating is stopped substantially simultaneously with the start of the microwave irradiation of the microwave heating means after reaching a temperature at which the temperature of the microwave heating means is reached. Pyrolysis treatment system. マイクロ波を応用して非ハロゲン系プラスチックを含むハロゲン系プラスチックの混合物を熱分解するための熱分解処理システムであって、
マイクロ波加熱以外の加熱手段およびマイクロ波加熱手段と、熱分解させる前記混合物の内部温度又は表面の少なくとも一部分の温度を検出する温度検出手段とを有し、
前記マイクロ波加熱以外の加熱手段の設定温度は、前記ハロゲン系プラスチックの複素誘電率の虚数項(損失係数)の温度勾配が大きくなる温度点以上であり、
前記温度検出手段による前記混合物の検出温度の下限は前記ハロゲン系プラスチックの損失係数の温度勾配が大きくなる温度点であり、該検出温度の上限は前記ハロゲン系プラスチックの熱分解開始温度または前記混合物に含まれる前記非ハロゲン系プラスチックの中で最も低い軟化温度点のどちらか低い温度であり、
前記マイクロ波加熱以外の加熱手段による前記混合物の前記温度検出手段による検出温度が前記上限に達した後、前記マイクロ波加熱手段によるマイクロ波の照射を開始して熱分解させることを特徴とする熱分解処理システム。
A thermal decomposition treatment system for thermally decomposing a mixture of halogen-based plastics including non-halogen-based plastics by applying microwaves,
Heating means other than microwave heating and microwave heating means, and temperature detection means for detecting the internal temperature of the mixture to be pyrolyzed or the temperature of at least a part of the surface,
The set temperature of the heating means other than the microwave heating is equal to or higher than the temperature point at which the temperature gradient of the imaginary term (loss factor) of the complex dielectric constant of the halogen-based plastic increases.
The lower limit of the detection temperature of the mixture by the temperature detection means is a temperature point at which the temperature gradient of the loss coefficient of the halogen-based plastic increases, and the upper limit of the detection temperature is the thermal decomposition start temperature of the halogen-based plastic or the mixture. The lowest softening temperature point of the non-halogen plastics contained, whichever is lower,
After the temperature detected by the temperature detecting means of the mixture by the heating means other than the microwave heating reaches the upper limit, microwave irradiation by the microwave heating means is started and thermal decomposition is started. Disassembly processing system.
前記マイクロ波加熱以外の加熱手段による前記混合物の加熱を開始した後、前記温度検出手段による検出温度が前記混合物に含まれるハロゲン系プラスチックの損失係数の温度勾配が大きくなる温度点以上で、かつ、前記ハロゲン系プラスチックが熱分解反応を起こす温度または前記非ハロゲン系プラスチックの中で最も低い軟化温度点のどちらか低い温度以下まで達した後、前記マイクロ波加熱手段によるマイクロ波の照射を開始するのと略同時に前記マイクロ波加熱以外の加熱手段よる加熱を停止することを特徴とする請求項6に記載の熱分解処理システム。   After starting heating of the mixture by a heating means other than the microwave heating, the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than the temperature point at which the temperature gradient of the loss coefficient of the halogen-based plastic contained in the mixture increases, and After reaching a temperature lower than the temperature at which the halogen-based plastic undergoes a thermal decomposition reaction or the lowest softening temperature point of the non-halogen-based plastic, the microwave heating means starts microwave irradiation. The thermal decomposition treatment system according to claim 6, wherein heating by a heating means other than the microwave heating is stopped substantially simultaneously. 前記温度検出手段による検出温度の時間変化が、少なくともゼロまたはマイナスになった時点で、少なくとも前記マイクロ波加熱手段によるマイクロ波の照射を停止することを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れかに記載の熱分解処理システム。   8. The microwave irradiation by at least the microwave heating unit is stopped when the time change of the detected temperature by the temperature detecting unit becomes at least zero or negative. The thermal decomposition processing system according to crab. 前記ハロゲン系プラスチックまたは前記ハロゲン系プラスチックと前記非ハロゲン系プラスチックの前記混合物を粒状またはフレーク状あるいはチップ状若しくは粉体状に加工する粉砕機を備えたことを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の熱分解処理システム。   9. A pulverizer for processing the halogen-based plastic or the mixture of the halogen-based plastic and the non-halogen-based plastic into particles, flakes, chips, or powders. The thermal decomposition processing system according to crab. 前記ハロゲン系プラスチックがフィルム状で土砂・塵埃を含み、または前記ハロゲン系プラスチックと前記非ハロゲン系プラスチックの少なくとも一方がフィルム状で土砂・塵埃を含む混合物を粒状またはフレーク状あるいはチップ状若しくは粉体状に加工する加圧成形加工手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れかに記載の熱分解処理システム。   The halogen-based plastic is a film and contains earth and sand, or a mixture containing at least one of the halogen-based plastic and the non-halogen-based plastic and containing earth and sand and dust is granular, flake, chip, or powder. The thermal decomposition treatment system according to any one of claims 1 to 8, further comprising pressure forming processing means for processing into a shape. 分離されたハロゲン化水素を減圧吸引してアルカリ水溶液中に導き、安全なハロゲン化ナトリウムあるいはハロゲン化カルシウムの形に固体化させる固体化手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れかに記載の熱分解処理システム。

9. A solidifying means for sucking the separated hydrogen halide under reduced pressure and introducing it into an aqueous alkali solution to solidify it into a safe form of sodium halide or calcium halide. The thermal decomposition processing system in any one of.

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KR20170131935A (en) * 2016-05-23 2017-12-01 울산대학교 산학협력단 Separation method of plastics containing halogen

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