JP2006169280A - プラスチック熱分解炉及びプラスチックの熱分解方法 - Google Patents

Abstract

【課題】残渣が生じ難く、油分の回収率の高いプラスチック熱分解炉及びプラスチックの熱分解方法を提供すること。
【解決手段】プラスチックを熱分解するためのプラスチック熱分解炉において、プラスチックが投入される熱分解炉本体と、熱分解炉本体を外部から加熱する加熱手段とを備え、熱分解炉本体のうち加熱手段によって実質的に加熱される部分である加熱部は下方に向かって小径となる漏斗形状とされており、加熱部の上端から下端までの高さ（Ｈ）及び加熱部の上端における内径（Ｄ）はＤ／Ｈ＜２とされており、加熱部の内部には溶融したプラスチックを撹拌するための撹拌手段が設けられている。溶融されたプラスチックの上縁界面は常に加熱部の上縁より低い位置に維持される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プラスチックを熱分解して油分を取り出すために用いられるプラスチック熱分解炉及びプラスチックの熱分解方法に関する。

従来、不要となったプラスチックを処分するためには、焼却処分や埋立処分がなされてる。しかし、焼却処分では有害ガスが発生したり、地球温暖化の原因となる炭酸ガスが発生したりする。また、埋立のための最終処分場の確保も困難な状況となっている。このため、最近では、プラスチックを熱分解炉内で熱分解して油分を取り出し、これを燃料や原料として再利用することが試みられている。プラスチック熱分解炉内に投入されたプラスチックは、外部から重油バーナ等によって加熱され、プラスチックがガス化される。こうして発生したガスを冷却凝縮させれば、プラスチックから油分を採取することができる。

しかし、プラスチックを熱分解した場合、コークス状の残渣が発生し、さらには熱分解炉の内壁に付着して熱伝導の妨げになる等の問題が生じる。このため、プラスチックの熱分解時に発生する残渣を外部に排出する手段が設けられたプラスチック熱分解炉が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特開平８−１７００８１号公報 特開平６−２５６７６８号公報

しかし、最も望ましいのは、残渣をできるだけ少なくし、その分だけ回収される油分の収量を多くすることである。

本発明は上記従来の問題に鑑みなされたもので、残渣が生じ難く、油分の回収率の高いプラスチック熱分解炉及びプラスチックの熱分解方法を提供することを課題とする。

発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、熱分解炉の実質的に外部から加熱される部分の形状を所定の漏斗形状とし、その内部を撹拌すれば、上記課題を解決することができることを発見し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明のプラスチック熱分解炉は、プラスチックを熱分解するためのプラス
チック熱分解炉において、プラスチックが投入される熱分解炉本体と、該熱分解炉本体を外部から加熱する加熱手段とを備え、 該熱分解炉本体のうち該加熱手段によって実質的に加熱される部分である加熱部は下方に向かって小径となる漏斗形状とされており、該加熱部の上端から下端までの高さ（Ｈ）及び該加熱部の上端における内径（Ｄ）はＤ／Ｈ＜２とされており、該加熱部の内部には溶融したプラスチックを撹拌するための撹拌手段が設けられていることを特徴とする。

本発明のプラスチック熱分解炉では、ポリエチレンやポリプロピレンやポリスチレン等のプラスチックが熱分解炉本体内に投入され、漏斗形状の加熱部に充填される。加熱部はバーナや電気ヒータ等の加熱手段によって外部から加熱され、加熱部内部に充填されたプラスチックは、撹拌手段によって撹拌されながら溶融され、さらに熱分解される。このため、加熱部内のプラスチックは、温度が均一化され、局部的な高温化による残渣の発生を防ぐことができる。さらに、本発明のプラスチック熱分解炉では、加熱部の上端から下端までの高さ（Ｈ）及び加熱部の上端における内径（Ｄ）がＤ／Ｈ＜２とされている。発明者らの試験結果によれば、残渣の発生量は加熱部の形状に大きく左右され、このような形状の加熱部を有している場合に、特にその残渣の発生量が少なくなり、油分の回収率も高くなる。この原因については明確ではないが、このように上下に細長い漏斗形状とした場合に、加熱部内の軸心部分から径外方向への温度分布が比較的均一になるため、局部的な高温化による残渣の発生を防ぐことができるためではないかと推測される。
かかる効果は、加熱部の高さＨと上端内径Ｄとの比Ｄ／Ｈが２未満のとき達成される。当該比はより小さいほど好ましいが、当該比が小さくなればなるほど装置全体が縦長となるので、装置の設置場所が制限されることとなる。本発明者らの検討によれば、加熱部の高さＨと上端内径Ｄとの比Ｄ／Ｈのより好ましい範囲は１〜１．５であり、さらに好ましくは１〜１．２であり、最も好ましくは加熱部の壁部の水平面に対する角度を６０度とした１．１５である。

ここで、加熱部の上端とは、加熱部を形成する傾斜面の上端をいい、そこから上方に延在する部分が存在する場合であっても、その延在部分の上端を意味するものではない。また、加熱部の下端とは、加熱部を形成する傾斜面の下端をいい、さらにその下に、残渣を排出させるための排出管等が延在していても、その延在部分の下端を意味するものではない。さらに、加熱部の上端における内径とは、加熱部を形成する傾斜面の上端における内径を意味するものである。また、漏斗形状の加熱部は、下方に向かって小径となっていれば、径外方向に膨らんでいてもよく、径内方向に凹んでいてもよく、略逆円錐容器形状とされていてもよい。

本発明におけるプラスチック熱分解炉において、撹拌手段は加熱部の内面に沿った形状の撹拌翼を有していることが好ましい。こうであれば、加熱部内面近傍まで十分に撹拌を行うことができる。また、加熱部内面に残渣が付着した場合、撹拌翼が、その付着した残渣を掻き取るスクレーパとしての機能を発揮することができる。

また、熱分解炉本体内には、互いに異なる高さ位置に複数の温度センサが設置されていることが好ましい。加熱炉内の温度は、プラスチックが充填されて溶融している部分よりも、その上の部分（空間部分）のほうが温度が低くなっている。このため、熱分解炉本体内に、互いに異なる高さ位置に複数の温度センサを設置すれば、溶融しているプラスチックの液面の位置を把握することが可能となる。

また、熱分解炉本体はステンレスからなることが好ましい。発明者らの試験結果によれば、熱分解炉本体の素材をステンレスにすれば、残渣が熱分解炉本体の内表面に付着し難くなり、例え付着したとしても、容易に剥がすことができる。このため、熱分解炉本体内の清掃等のメンテナンス作業が容易となり、稼働率を高くすることができ、熱分解炉本体の寿命も長くなる。

本発明のプラスチック熱分解炉は本発明のプラスチックの熱分解方法を行なう。すな
わち、本発明のプラスチックの熱分解方法は、プラスチックを熱分解炉本体内に投入し、該熱分解炉本体の外側から加熱することによって、投入されたプラスチックを熱分解するプラスチックの熱分解方法において、該熱分解炉本体のうち外側から実質的に加熱される部分である加熱部は、下方に向かって小径となる漏斗形状を有し、該加熱部の上端から下端までの高さ（Ｈ）及び該加熱部の上端における内径（Ｄ）がＤ／Ｈ＜２とされており、前記投入されたプラスチックの界面は前記加熱部の上縁より低い位置にあることを特徴とする。
これにより、常にプラスチックが好適な加熱状態に維持され、このプラスチックの熱分解方法による油分の回収率を高くすることが可能である。換言すれば、熱分解炉において漏斗状の加熱部以外の部分にもプラスチックが存在すると、当該部分において加熱条件が異なり、不要な残渣が生成されて油分の回収率が低下することとなる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。

実施形態のプラスチック熱分解炉は、ポリプロピレンやポリエチレンやポリスチレン等の廃プラスチックを熱分解して油分を採取するためのものである。このプラスチック熱分解炉は、図１に示すように、ステンレス製の熱分解炉本体１と、熱分解炉本体１を外部から加熱するバーナ２とを備えている。

熱分解炉本体１は、図２にも示すように、逆円錐容器形状の加熱部１ａと、加熱部１aから上方に垂直に立ち上がる円筒部１ｂとから構成されており、全体が密閉状態とされている。加熱部１ａの上端の内径（Ｄ）は３ｍとされており、加熱部１ａの高さ（Ｈ）は２．６ｍとされており、Ｄ／Ｈは約１．１５である。加熱部１ａの下端にはプラスチックが熱分解されて生じた残渣を排出するための排出管３が接続されており、残渣排出管３の途中には排出バルブ３ａが設けられている。また、円筒部１ｂの上面にはプラスチックを投入するための投入管４が接続されており、投入管４の他端は投入バルブ４ａを介してホッパ５に接続されている。

熱分解炉本体１の内部には、プロペラ６が設けられており、プロペラ６は加熱部１ａの内面に沿って２つの撹拌板６ａ、６ｂを有しており、熱分解炉本体１ａの上方に設けられたモータ７によって回転可能とされている。また、熱分解炉本体１ａの内部には、３本の熱電対８ａが、８ｂ、８ｃが設けられている。熱電対８ａの下端は加熱部１ａの上端より低い位置とされており、熱電対８ｂの下端は加熱部１ａの上端の位置とされており、熱電対８ｃの下端は加熱部１ａの上端より高い位置とされている。
溶融したプラスチックの温度は熱分解炉内の空間部の温度より高いので、熱電対８ａ−８ｃの検出温度をモニタリングすることにより溶融プラスチックの上縁界面の位置を特定することが可能になる。これにより、当該上縁界面の位置を常に加熱部１ａより低い位置に維持することができる。
熱分解炉本体１の上端にはプラスチックが熱分解して生じた分解ガスを排出するためのガス排出管９が設けられている。

以上のように構成された実施形態のプラスチック熱分解炉のガス排出管９は、還流管１０を介して分留塔１１ａ、１１ｂ、１１ｃに接続されている。

このプラスチック熱分解炉では、細かく砕かれた廃プラスチックがホッパ５に投入され、熱分解炉本体１に入り、加熱部１ａ内に貯められる。そして、バーナ２による加熱によって溶融し、プロペラ６の回転によって撹拌される。このため、加熱部１ａ内で溶融したプラスチックは、全体的に均一に熱分解が進行し、局部的な高温化による残渣の発生が防止される。また、加熱部１ａ内面に残渣が付着した場合、撹拌板６ａ、６ｂが、その付着した残渣を掻き取ることができる。また、熱分解炉本体１内面に付着した残渣は、ブラシ等でこすることにより、容易に剥がすことができた。さらに、このプラスチック熱分解炉では、加熱部の上端における内径（Ｄ）／加熱部の上端から下端までの高さ（Ｈ）が約１．４〜１．５とかなり細長くされているため、加熱部１ａ内の軸心部分から径外方向への温度分布が比較的均一となり、局部的な高温化による残渣の発生を防ぐことができる。溶融されたプラスチックの液面は、熱分解炉本体１内に設置された熱電対８ａ、８ｂ、８ｃによって温度を測定することにより、その位置を知ることができる。

こうしてホッパ５から投入されたプラスチックは加熱部１ａ内で均一に熱分解されて分解ガスとなり、ガス排出管９から排出される。そして、分解ガスは還流管１０内で還流しながら分解がさらに進行し、適度な分子量のガスとされたのち、分留管１１ａ、１１ｂ、１１ｃで分留され、沸点の異なる油分として回収される。

一方、加熱部１ａ内で発生したタール状の残渣は、加熱部１ａの下端に沈殿する。こうして沈殿した残渣は、排出バルブ３ａを開けることによって排出することができる。こうして排出したタール状の残渣をエマルション化して流動性を高め、バーナ２の燃料として利用することも可能である。

以上のようにしてポリプロピレンを熱分解した結果、油分が８５％、タール状物質が１３％、オフガスが２％の割合で得られ、極めて高い割合で油分を得られることが分かった。また、こうして得られた油分の構成割合は、揮発油が１０％、軽油が３０〜４０％、重質油が４０〜５０％、であった。

上記実施形態のプラスチック熱分解炉では、加熱部１ａの形状が逆円錐容器形状とされているが、これを径外方向に膨らんだ形状としたり、径内方向に凹んだ形状としたりすることも可能である。

本発明は廃プラスチックを熱分解して油分を取り出すために利用可能である。

実施形態のプラスチック熱分解炉及びその周辺装置の模式図である。 実施形態のプラスチック熱分解炉の一部断面正面図である。

符号の説明

１…熱分解炉本体
２…加熱手段（バーナ）
１ａ…加熱部
６、７…撹拌手段（６…プロペラ、７…モータ）
６ａ、６ｂ…撹拌翼
８ａ、８ｂ、８ｃ…温度センサ（熱電対）

Claims (4)

1. プラスチックを熱分解するためのプラスチック熱分解炉において、
   プラスチックが投入される熱分解炉本体と、該熱分解炉本体を外部から加熱する加熱手段とを備え、
   該熱分解炉本体のうち該加熱手段によって実質的に加熱される部分である加熱部は下方に向かって小径となる漏斗形状とされており、該加熱部の上端から下端までの高さ（Ｈ）及び該加熱部の上端における内径（Ｄ）はＤ／Ｈ＜２とされており、
   該加熱部の内部には溶融したプラスチックを撹拌するための撹拌手段が設けられていることを特徴とするプラスチック熱分解炉。
2. 撹拌手段は加熱部の内面に沿う形状の撹拌翼を有していることを特徴とする請求項１記載のプラスチック熱分解炉。
3. 熱分解炉本体内には、互いに異なる高さの位置に複数の温度センサが設置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラスチック熱分解炉。
4. プラスチックを熱分解炉本体内に投入し、該熱分解炉本体の外側から加熱すること
   によって、投入されたプラスチックを熱分解するプラスチックの熱分解方法において、
   該熱分解炉本体のうち外側から実質的に加熱される部分である加熱部は、下方に向かって小径となる漏斗形状を有し、該加熱部の上端から下端までの高さ（Ｈ）及び該加熱部の上端における内径（Ｄ）がＤ／Ｈ＜２とされており前記投入されたプラスチックの界面は前記加熱部の上縁より低い位置にあること、を特徴とするプラスチックの熱分解方法。
   

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