JP2006225493A - プラスチック廃棄物の熱分解処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラスチック廃棄物を小型の装置でも高効率かつ低公害で熱分解処理する装置を得ること。
【解決手段】 熱分解槽本体５Ａに対してプラスチック廃棄物が投入され熱分解処理され、熱分解ガスＧ１はノズル７Ｄにより過熱蒸気発生部２内に噴射され燃焼する。同発生部２から排出された燃焼ガスＧ２は熱分解槽５の加熱部５Ｂに供給され、熱分解槽本体５Ａを加熱する。また過熱蒸気発部２からの過熱蒸気Ｓ１は蒸気吹き出し部５Ｄを経て熱分解槽本体５Ａ内に噴射され、プラスチック廃棄物の熱分解を促進する。熱分解槽５を出たガスＧ１は熱回収部３、排気処理部４を経て系外に排出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は廃棄物の処理装置に係り、特にプラスチック廃棄物を中心とした廃棄物を熱分解処理する装置に関する。

プラスチック廃棄物の処理の方法としては埋め立て処理、焼却処理、熱分解処理、熱分解処理後の油分の回収工程を併設した処理等いろいろな処理方法が実施されている。

この内、埋め立て処理は今後十分な広さの処分場の確保が困難であること、埋め立て処理したプラスチック廃棄物が経時的に分解して地中に汚染物質を浸透させる等の環境悪化を招く危険性が高く、長期に渡って処分場の管理が必要となる等の問題がある。

焼却処理では、特に塩化ビニル系のプラスチック廃棄物の焼却の場合において、小型の焼却装置では燃焼温度の制御が困難であり、この結果ダイオキシンの発生を抑制することが難しくなる。またプラスチック類は焼却時に約１万ｋｃａｌ／ｋｇの高い熱量を有し、焼却炉の損傷が激しく、またプラスチック廃棄物１ｋｇの燃焼における理論空気量は約１２ｍ³ と大量であり、然も実際の焼却時にはこの理論空気量を大幅に上回る２０ｍ³ 程度の非常に大量の空気を必要とする。つまり焼却処分では燃焼ガスの発生等焼却の過程で生じる汚染物質の他、プラスチック廃棄物の燃焼そのものが環境に対して大きな負荷をかけることになる。

このような観点からプラスチック廃棄物を熱分解して油化する方法が提案され、実際に実施されている。熱分解油化方式は、熱分解工程が周囲の環境から隔離された系内で実行されるため、油化工程自体では系外に対して汚染物質が流出するのを極めて高い確率で抑えることができる。また油化工程で最終的に得られる油分は高いカロリーを有しているため、油化工程の熱源として利用したり、あるいは系外に供給して熱源として利用することも可能である。

以上のように熱分解油化方式は、環境汚染防止の観点からも有効であり、かつ回収した油分の有効利用も可能である等経済性も高いものである。
しかしながら、以下のような問題点もあり、特に処理容量の小さい処分施設或いは装置ではこの熱分解油化方式の利点が生かされず、却って問題点が大きくなる可能性がある。

熱分解油化方式では、先ず、プラスチック廃棄物を熱分解することにより発生するガスを水により冷却し、油分と水分とが混合する液体を得て、この油水混合液を沈殿させることによりその比重に対応して上部に油分が、また下部に水分が滞留するので上部の油分を回収して利用する。油分と水分との完全な分離は１段では不十分であり、第１段で分離された水分には少なからぬ量の油分が含まれている。このためこの分離水を排水として系外に排出するためには油分を、例えば吸着等の方法で除去する手段を設置して、系外に汚染物質としての排水が流出しないようにする必要がある。また第２段として油分を回収する場合も、第２段専用の油水分離装置を設置する必要がある。

上述した点からも明らかなように、熱分解油化方式を高効率で運転するためには比較的複雑な油水分離手段や廃液処理手段を必要とし、この結果装置は複雑大型化することは避けられない。つまり熱分解油化方式の利点を小型の装置で実現することは現時点では事実上不可能であり、この方式を有効に実施するためにはプラントと称した方が妥当な大型の設備を必要とする。
この様な先行技術の例として下記文献を示す。
特開平１０−０９５９８３ 特開平１０−１６５８０３ 特開２００４−３５９８９７

熱分解油化方式は、閉鎖系で処理されるため熱分解工程そのものは環境に対する負荷が小さくかつ、汚染物質の排出も抑制される。しかし熱分解ガスを冷却して得られる油分を回収する際に、廃液の処理等の工程が必要となり大規模の施設がないとこの処理が困難である。本発明は熱分解油化方式の利点をそのまま残しながら、小型な装置でもこの熱分解処理が可能となるよう構成した装置を得ることを課題とするものである。

上記課題を達成するため、本発明は下記のを構成を有する。
プラスチック廃棄物を熱分解する熱分解槽と、過熱蒸気発生手段とを有し、過熱蒸気発生手段における熱源の少なくとも一部は熱分解槽で発生したプラスチック熱分解ガスを燃焼させる燃焼手段であり、この過熱蒸気発生手段において熱分解ガスを焼却処理すると共に、過熱蒸気発生手段で発生した過熱蒸気は熱分解槽に対してプラスチック廃棄物の熱分解用に供給されるよう構成したことを特徴とする廃棄物処理装置である。

プラスチック廃棄物を熱分解処理し、かつ熱分解処理により発生した熱分解ガスは焼却処理するため、熱分解ガスの油化による大量の廃液が発生せず、廃液処理手段が不用となり装置を小型化することが可能となる。

また、熱分解ガスの焼却熱は過熱蒸気発生用に利用され、かつこの過熱蒸気はプラスチック廃棄物の熱分割を促進するために使用されるので、プラスチック廃棄物の処理を経済的に実施することが可能となる。

更に、プラスチック廃棄物処理工程からは排気ガスのみが系外に排出されることになるため、排気処理工程のみを設置すればよく、排水処理工程を省くことができるので、装置全体を小型化でき、しかも運転コストを低減することが可能となる。

少なくとも熱分解槽と、過熱蒸気発生装置とは一体化して、装置全体をユニット化させることにより装置全体を小型化して装置の汎用性を高めるよう構成するのが本発明を実施する最良の形態の一つである。
以下本発明を実施例によって、より具体的に説明する。

図１は本発明の第１の実施例を示す。
本発明に係る装置は、その構成上熱分解部１、過熱蒸気発生部２、熱回収部３、排気処理部４の４部分に大別することができる。以下各部の機能の概略を先ず説明する。

熱分解部１ではプラスチック廃棄物を中心とした廃棄物を熱分解し、かつ発生した熱分解ガスを過熱蒸気発生部２に排出する。過熱蒸気発生部２は熱分解部１から排出された熱分解ガスを燃焼させてその熱源の少なくとも一部とし、この熱源により過熱蒸気を発生させる。過熱蒸気発生部２は過熱蒸気を発生させるという直接的機能の他、熱分解部１で発生した熱分解ガスを焼却処理するという熱分解ガス処理部としての機能も有している。

熱回収部３は、過熱蒸気発生部２から熱分解部１に対して当該熱分解部１の加熱手段として供給され、かつ熱分解部１から排出された排気を冷却して熱回収する手段であり、排気処理手段４は熱回収部３で熱回収された排気を、系外に排出することが可能になるよう浄化処理する手段である。

次に各部の構成の詳細を説明する。
先ず熱分解部１の中心を構成するのは熱分解槽５である。熱分解槽５は熱分解槽本体５Ａと、この本体５Ａの外周に構成された空間である加熱部５Ｂとから成っており、図示の構成では、熱分解槽本体５Ａに対しては内部に投入されたプラスチック廃棄物を攪拌するための攪拌機５Ｃが設けられている。５Ｄは熱分解槽本体５Ａに配置された過熱蒸気吹き出し部であり、例えば図示のように長尺の本体に対して複数のノズルが形成された構成となっている。

６は熱分解槽本体５Ａに対してプラスチック廃棄物を供給する供給機であって例えばスクリューフィーダー等連続的に定量供給するよう構成したり、或いは一定量のプラスチック廃棄物を供給して、順次熱分解するバッヂ処理としたりすることが可能に構成されている。

過熱蒸気発生部２の構成は以下のとおりである。
７は過熱蒸気発生装置本体であって、内部の燃焼室７Ａには過熱蒸気発生用のコイル７Ｂが配置されている。７Ｃは助燃バーナであり、タンク８から供給される燃料を燃焼させる。７Ｄは分解ガスノズルであって、熱分解槽本体５Ａから排出された熱分解ガスを燃焼燃焼させるためのものである。

熱回収部３は給水Ｗにより熱分解槽５Ｂの加熱部から排出された排気（排ガス）を冷却する装置である。排気処理部４は前段のバグフィルター９と後段のスクラバー１０から構成されている。

次に上記装置の作動状態について説明する。
熱分解槽５の本体５Ａ内は、加熱部５０に対して供給される燃焼ガスＧ２により、プラスチック廃棄物、廃タイヤ、樹脂成分を中心とするシュレッダーダスト等の樹脂成分を中心とした廃棄物（以下この廃棄物を「プラスチック廃棄物」とする）の熱分解を可能にするため約７００℃（・・・・・・これで良いか確認してください。）の温度に保持されている。

この状態の熱分解槽本体５Ａに対してプラスチック廃棄物が供給機い６から投入される。この投入方法は、連続式の他、一定量を予め投入して熱分解を行い、熱分解が完了したならば次の投入を行うというバッジ式の何れも実施可能である。
投入されたプラスチック廃棄物は熱分解槽本体５Ａ内の熱により熱分解するが、この際過熱蒸気吹き出し部５Ｄから過熱蒸気Ｓ１が熱分解反応を行っているプラスチック廃棄物に対して噴射される。

過熱蒸気Ｓ１を熱分解槽本体５Ａ内に噴射することにより、熱分解槽本体５Ａ内の見かけのガス体積は増加し、この結果過熱蒸気Ｓ１の噴射量に対応して熱分解ガスＧ１の槽内滞留時間は減少し、これに伴って熱分解ガスＧ１の品質も後述のように変化する。つまり過熱蒸気Ｓ１の噴射量を調節して槽内の滞留時間を調節することにより、プラスチック廃棄物の組成が変化してもほぼ所望の品質を有する熱分解ガスＧ１を得ることが可能となる。この制御は後述のように過熱蒸気発生部における熱分解ガスＧ１の燃焼を安定させると共に、熱分解ガスの引火、爆発等を防止するために非常に有効である。

ここで、過熱蒸気を使用しないプラスチック廃棄物熱分解処理工程において熱分解ガスから得られる油分については、軽油等の軽質分が比較的に多く、引火、爆発防止のための特別の手だてが必要であった。これに対して過熱蒸気等の水蒸気を供給することにより熱分解ガスＧ１は、液体の油分にした場合に軽質部分が減少し、重油部分が多くなる組成を有することになり、取り扱いが安全な熱分解ガスとなる。

次に熱分解槽本体５Ａに供給される過熱蒸気Ｓ１は４００℃以上が好ましい。４００℃以下であると、過熱蒸気により熱分解槽本体５Ａ内の温度が低下し、これに伴い熱分解反応も低下してしまう。この点から考えると過熱蒸気Ｓ１の温度は高いほどプラスチック廃棄物の熱分解を効率的に行うことができるが、蒸気温度を例えば６００℃以上に設定すると、過熱蒸気発生部本体７の設計条件が非常に厳しくなり、経済性及び安全性の点で問題がある。従って、熱分解槽本体５Ａに対して供給する過熱蒸気Ｓ１の温度は約４００℃から約６００℃の間で設定する。

以上の条件で熱分解槽本体５Ａにおいて発生した熱分解ガスＧ１は分解ガスノズル７Ｄから過熱蒸気発生部本体７の燃焼室７Ａに噴射され燃焼される。つまり本発明においてはプラスチック廃棄物由来の熱分解ガスは油化されることなく燃焼（焼却処理）され、過熱蒸気発生のための熱源として利用される。符号７Ｃは助燃バーナであって、燃焼室７Ａの温度が所定の温度の過熱蒸気を得るための温度を維持するために利用するバーナであり、熱分解ガスＧ１の燃焼によって当該温度が維持されるのであれば使用されない。

また熱分解過程で発生し熱分解ガスＧ１中に含まれるダイオキシンや、臭気成分もこの過熱蒸気発生部２における熱分解ガスＧ１の燃焼によりに熱分解除去する。このためには過熱蒸気発生部２の炉内温度約８００℃で、熱分解ガスの炉内滞留時間２秒を確保することが望ましい。

過熱蒸気発生部本体７内に配置された過熱蒸気発生部であるコイル（配管をスパイラル状に形成したもの）に対しては給水Ｗが供給され、かつ所定温度の過熱蒸気Ｓ１として蒸気チャンバー１１を経て熱分解層本体５Ａに供給される。また過熱蒸気発生部本体７から排出された高温の燃焼排ガスＧ２は熱分解槽５の加熱部５Ｂに供給され熱分解槽５Ａを加熱する。

ここで、プラスチック廃棄物が有する熱量を１００とすると、このプラスチック廃棄物を熱分解してガス化する熱量は３０程度である。このため前記熱分解ガスＧ１の燃焼ガスＧ２を加熱部５Ｂに供給すれば、過熱蒸気発生部２における水（蒸気）との熱交換量や、熱分解槽本体５Ａに対する伝熱効率にもよるが、プラスチック廃棄物は自己の有する熱量により熱分解ガス化がほぼ可能であることが分かる。

一方熱分解槽５の加熱部５Ｂを出た排ガス（符号Ｇ３で示す）は熱回収部３で給水Ｗにより冷却され排気処理部４のバグフィルタ９に至る。一方排ガスＧ３との熱交換により昇温した給水Ｗは熱水或いは低温蒸気Ｗ´として利用される。

熱交換した排ガスＧ３はバグフィルタ９に至り塵埃を除去し、かつ後続のスクラバ１０において、更に微細な塵埃の除去及び有害成分の中和、除去を行った後安全な排気Ｇ４として系外に排出される。なお符号１２は中和剤タンクであり、噴霧水Ｗ´´を中和処理するため中和剤を適宜注入する。なお、スクラバ１０の噴霧水Ｗ´´は基本的には循環流動して使用され、熱分解ガスの油化システムにおけるように大量の被処理水が発生することはない。

図２は本発明の第２の実施例を示す。
この実施例では熱分解槽の構造に変更を加えている。１３は本実施例に係る熱分解槽である。熱分解槽１３は本体１３Ａと、この本体１３Ａの外周部に形成されている加熱部１３Ｂとを有しており、加熱部１３Ｂに対しては前記実施例１の加熱部５Ｂと同様、過熱蒸気発生部から排出される燃焼ガスＧ２が熱分解槽１３の加熱手段として供給され、当該熱分解槽１３を加熱した前記燃焼ガスＧ２は排気Ｇ３として排出され、実施例１に示される排気処理部４で浄化処理される。

符号１４Ａ、１４Ｂは熱分解槽本体１３Ａ内に配置された過熱蒸気吹き出し部であってその構成は前記実施例１のものと同様のものである。図には二つの過熱蒸気吹き出し部が示されており、各過熱蒸気吹き出し部に対しては過熱蒸気Ｓ１の吹き出し量を調整するためのダンパ１５Ａ、１５Ｂが設けられている。符号１８は遠赤外線ヒータであり、燃焼ガスＧ２の補助熱源として利用される。

符号１６は処理対象であるプラスチック廃棄物を示す。
図示の構成においてプラスチック廃棄物は予めマット状に一体的に圧縮成形された状態に構成され（以下このように成形されたプラスチック廃棄物を「ベットマット」と称する）熱分解槽本体１３Ａの上部空間に配置されたベッドマット移動手段であるチェーンコンベヤ１７により吊り下げられている。

上記熱分解槽本体１３Ａにおいて各ベッドマット１６はチェーンコンベヤ１７により熱分解槽本体１３Ａ内を移動し、過熱蒸気Ｓ１及び遠赤外線ヒータ１８の熱ビームが各ベッドマットに均一に当たるよう構成されている。なお、符号１９は窒素ボンベであり、不活性ガスである窒素ガスを適宜熱分解槽本体１３Ａに注入することにより熱分解槽本体１３Ａにおけるプラスチック廃棄物の熱分解を制御する。

上記の構成による熱分解槽１３内での熱分解を終了した熱分解ガスＧ１は熱分解槽１３から抽出され過熱蒸気発生部７に燃焼材料として供給される。
この実施例ではプラスチック廃棄物をベッドマットとし、かつ各ベッドマットを熱分解槽本体１３Ａ内で移動可能に構成したので、プラスチック廃棄物に対して過熱蒸気Ｓ１及び遠赤外線ビームを均一に噴射或いは照射することができる。因みに前記実施例１においても上記のような均一性は達成可能であるが、プラスチック廃棄物の溶融物や残渣等が攪拌機の羽に引っ掛かり、攪拌機能が低下したり攪拌機が停止する等の事態が発生することがある。これに対してベッドマット方式では上記のような機能低下或いは機能停止が起こることは殆ど無く、熱分解装置の安定性、信頼性をより高めることができる。

本発明のプラスチック廃棄物の熱分解処理装置は、比較的小型の装置でも実施可能であることが特徴の一つであるが、もとより大型の装置で対にしても実施可能であり、例えば大型のごみ処理場に熱分解処理プラントとして設置することも可能である。

本発明の第１の実施例を示すプラスチック廃棄物熱分解処理装置の系統図である。 本発明の第２の実施例を示すプラスチック廃棄物熱分解処理装置の断面図である。

符号の説明

１ 熱分解部
２ 過熱蒸気発生部
３ 熱回収部
４ 排気処理部
５ 熱分解槽
５Ａ 熱分解槽本体
５Ｂ （熱分解槽５の）加熱部
５Ｃ （熱分解槽５の）攪拌機
５Ｄ （熱分解槽５の）過熱蒸気吹き出し部
６ 供給機
７ 過熱蒸気発生部本体
７Ａ （過熱蒸気発生部本体７の）燃焼室
７Ｂ 過熱蒸気発生用コイル
７Ｃ 助燃パーナ
７Ｄ 熱分解ガスノズル
８ 助燃用燃料タンク
９ バグフィルター
１０ スクラバー
１２ 中和剤
１３ 熱分解槽
１３Ａ （熱分解槽１３の）本体
１３Ｂ （熱分解槽１３の）加熱部
１４Ａ、１４Ｂ 過熱蒸気吹き出し部
１５Ａ、１５Ｂ ダンパ
１６ ベッドマット
１７ チェーンコンベヤ
１８ 遠赤外線ヒータ
１９ 窒素ボンベ
Ｇ１ 熱分解ガス
Ｇ２ 燃焼排ガス
Ｇ３ 熱交換終了燃焼排ガス
Ｇ４ 処理完了排ガス
Ｓ１ 過熱蒸気
Ｗ 給水
Ｗ´ 熱水（又は低圧蒸気）
Ｗ´´ スクラバ水

Claims (4)

1. プラスチックを主要な成分とする廃棄物（以下「プラスチック廃棄物」とする）を熱分解処理する装置であって、プラスチック廃棄物を熱分解処理する熱分解槽と、この熱分解槽から排出されるプラスチックの熱分解ガスを燃焼させる過熱蒸気発生部と、過熱蒸気発生部から排出される燃焼ガスを熱分解槽の熱源として供給する手段と、同過熱蒸気発生部から供給される過熱蒸気を熱分解槽内に噴射供給する手段とを有することを特徴とするプラスチック廃棄物の熱分解処理装置。
2. 前記熱分解槽は熱分解槽本体と、この熱分解槽本体周囲に形成されている加熱部とを有し、過熱蒸気発生部から排出さる燃焼ガスはこの加熱部に供給され、過熱蒸気発生部から供給される過熱蒸気は熱分解槽本体内に噴射されるよう構成したことを特徴とする請求項１記載のプラスチック廃棄物の熱分解処理装置。
3. 熱分解槽本体には攪拌機が設けられていることを特徴とする請求項２記載のプラスチック廃棄物の熱分解処理装置。
4. 熱分解槽本体にはプラスチック廃棄物を圧縮成形したベッドマットを移動させる手段が設けられていることを特徴とする請求項２記載のプラスチック廃棄物の熱分解処理装置。

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