JP2007112925A

JP2007112925A - 乳化燃料製造装置および乳化燃料製造方法

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Publication number: JP2007112925A
Application number: JP2005306955A
Authority: JP
Inventors: Shozo Umemura; 省三梅村; Toshio Hama; 利雄濱; Hideo Suzuki; 秀男鈴木
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】乳化燃料を製造するためのバッチ式の反応器が大型化した場合であっても、未乳化物による詰まり等の弊害が起こることがなく、均一かつ迅速に冷却することができ、かつ、良質な乳化燃料を製造することができる乳化燃料製造装置および方法を提供する。
【解決手段】廃プラスチック、液体鉱物燃料、水および界面活性剤からなる乳化燃料材料が投入される反応器２と、反応器２に投入された乳化燃料材料を、廃プラスチックの分解温度以下の温度に加熱する加熱手段と、反応器２に投入された乳化燃料材料を混合するために攪拌する攪拌手段と、反応器２内にて乳化燃料材料を混合、加熱することにより生じた乳化物の圧力を急激に減少させ、この際に蒸発される該乳化物に含まれる水の蒸発潜熱を利用して乳化物を急冷する電磁弁７とを備えている乳化燃料製造装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃プラスチックのサーマルリサイクル技術に関し、より詳細には、廃プラスチックから乳化燃料を製造する装置および方法に関する。

乳化物の製造方法として、例えば、特許文献１には、「従来の乳化物の製造方法としては、攪拌機能を有する攪拌槽に水相、油相、その他の配合物を仕込み、昇温、攪拌、混合を行い、所望の粒子径の乳化物を製造し、冷却して乳化物を安定化させるバッチ式の製造方法が行われている。」等の記載がある。

廃プラスチック、重油、水および界面活性剤から乳化燃料を製造する場合にも、上記文献に記載された方法と同様に、攪拌機能を有する反応器に、廃プラスチック、重油、水および界面活性剤を仕込んで混合し、その後、この混合物を昇温、攪拌することにより乳化させ、続いてこの乳化物を冷却して安定化させることによってバッチ式に乳化燃料が製造される。
特開平５−１５４３６７号公報

上記従来の方法では、大型の反応器を用いて乳化燃料を大量に製造する場合、反応器内で乳化物を冷却することが困難になる。そのため、一般的には、図５に示すように、反応器（１１１）にて加熱され、かつ攪拌機（１１２）により攪拌されることによって生じた乳化物の冷却は、乳化物を外部に取り出す前に熱交換器（１１３）内に通過させ、ここで冷却水と熱交換することにより行っていた。

しかしながら、上記冷却方法では、熱交換器（１１３）やこの熱交換器（１１３）から外部に至るまでの間の部分等に未乳化物が堆積して、これにより未乳化物が堆積した部分に詰まりを生じる等により安定した運転を行うことが困難になる場合がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、乳化燃料を製造するためのバッチ式の反応器が大型化した場合であっても、未乳化物による詰まり等の弊害が起こることがなく、均一かつ迅速に冷却することができ、かつ、良質な乳化燃料を製造することができる乳化燃料製造装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の乳化燃料製造装置は、廃プラスチック、液体鉱物燃料、水および界面活性剤からなる乳化燃料材料が投入される反応器と、該反応器に投入された乳化燃料材料を、廃プラスチックの分解温度以下の温度に加熱する加熱手段と、該反応器に投入された乳化燃料材料を混合するために攪拌する攪拌手段と、該反応器内にて該乳化燃料材料を混合、加熱することにより生じた乳化物の圧力を急激に減少させ、この際に蒸発される該乳化物に含まれる水の蒸発潜熱を利用して該乳化物を急冷する急冷手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の乳化燃料製造方法は、廃プラスチックおよび液体鉱物燃料の混合物を該廃プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に加熱して廃プラスチックを液体鉱物燃料に溶解させ、その後に、水および界面活性剤を添加するか、廃プラスチック、液体鉱物燃料、水および界面活性剤からなる乳化燃料材料を一括して混合した後にこの乳化燃料材料混合物を該プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に加熱して該廃プラスチックを混合物の他の成分中に溶解させるか、または廃プラスチック、液体鉱物燃料および界面活性剤を混合した後に、この混合物を廃プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に加熱して廃プラスチックを液体鉱物燃料に溶解させ、その後に、水を添加するか、のいずれかを行うことにより廃プラスチックを溶解させる工程と、一定の時間、この混合物を廃プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に保持し、乳化燃料材料を乳化させる工程と、乳化物の圧力を急激に減少させることによって、その際に蒸発される、乳化物に含まれる水の蒸発潜熱を利用してこの乳化物の温度を１００℃まで低下させる工程とを包含することを特徴とするものである。

上記本発明の乳化燃料製造方法において、水の初期投入量は、乳化物形成に適した水分割合の水分量に、乳化物を減圧した際に要求される温度降下に必要な水分量を加えた量であることが好ましい。

上記本発明の乳化燃料製造方法において、減圧による温度降下速度が３００℃／ｈ以上、より好ましくは４００℃／ｈ以上になるように温度降下がタイマー制御されることが好ましい。

本発明は、乳化燃料材料混合物を加熱することにより生じた加熱状態にある乳化物を、急激な圧力低下により急冷するので、詰まりが生じる等の問題が生じることなく、効率的に乳化物を冷却することができる。しかも、熱交換器等の大掛かりな設備を設ける必要がないので、設備のためのイニシャルコストを低減させることもできる。

以下、本発明の乳化燃料の製造装置および方法を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の乳化燃料の製造装置を示す概略構成図である。

本発明の乳化燃料製造装置（１）には、乳化燃料材料が投入される反応器（２）、反応器（２）に投入された乳化燃料材料を加熱する加熱ヒータ等の加熱装置（３）および反応器（２）に投入された乳化燃料材料を攪拌する攪拌装置（４）が設けられており、さらに、反応器内の圧力を検出する圧力検出器（ＰＩＣ）（５）が設けられている。

また、反応器（２）には、ライン（６）が接続され、ライン（６）の途中には、反応器（２）にて生じた乳化物の圧力を低減させる急冷手段である電磁弁（７）および熱交換器（８）が設けられている。ライン（８）の先端部分は、水によって満たされたトラップ（９）の水中に漬けられており、また、このトラップ（９）には気体成分を大気中に排出するライン（１０）が設けられている。さらに、圧力検出器（５）が検出した反応器（２）内の圧力値に基づいて電磁弁（７）の開閉状態を制御するための制御装置（ＣＰＵ）（１１）が設けられている。

反応器（２）は、投入される乳化燃料材料によって支障をきたすことがなく、かつ、投入される乳化燃料材料を加熱し易いように熱伝導性が良い材料であればいずれの材料によって構成されてもよい。また、その容量は、乳化燃料の製造量に応じて大型であっても小型であってもよいが、後述のように、特に本発明は製造される乳化燃料の量が大量になっても問題を生じることなく乳化物を冷却することができることを特徴としているので、有利には、反応器（２）は大容量のものが用いられる。

加熱装置（３）は、反応器（２）に投入される廃プラスチックの溶解温度以下、具体的には、１６０〜３００℃程度の温度に加熱することができるものであれば、当業者に公知のあらゆる構成の装置が用いられてよい。

攪拌装置（４）は、特に反応器（２）に投入される廃プラスチックが溶解前の時にも効率的に攪拌できる駆動力を有するものであれば、当業者に公知のあらゆる構成の装置が用いられてよい。

圧力検出器（５）は、反応器（２）内の圧力を検出できるものであれば、当業者に公知のあらゆる装置を用いてもよい。

急冷手段として本実施の形態では、電磁弁（７）を用いたが、反応器（２）内の乳化物の圧力を急激に低減させることができるものであれば当業者に公知のあらゆる他の手段を用いてもよい。

ＣＰＵ等の制御装置（１１）は、電磁弁（７）を制御できるものであれば当業者に公知のあらゆる手段を用いてもよい。また、本実施の形態では、制御装置（１１）は、電磁弁（７）のみを制御するように構成したが、加熱装置（３）、攪拌装置（４）等の他の構成を制御するように構成してもよい。

熱交換器（８）は、当業者に公知のものが用いられてよい。ただし、この熱交換器（８）は必須の構成ではない。すなわち、蒸発させるための水を予め多めに加えることによって電磁弁（７）による急激な減圧のみで乳化物の温度を十分に低減させることができる場合には、別途熱交換器を設ける必要はない。

次に、上記本発明の乳化燃料製造装置を用いた乳化燃料製造方法について説明する。図２〜４は、上記本発明の方法を要約して説明するフローシートである。

反応器（２）に投入される乳化燃料材料は、廃プラスチック、液体鉱物燃料、水および界面活性剤からなる。廃プラスチックは、廃棄されたプラスチックであり、例えば、ポリプロピレン等である。液体鉱物燃料は、具体的には、重油等であるが乳化燃料製造に適したものであれば他のものでもよい。界面活性剤は、乳化燃料製造に適したものであれば、当業者に公知のあらゆるものが用いられ得、例えば、ポリアルキレングリコール脂肪酸エステル化合物等が挙げられる。

廃プラスチック、液体鉱物燃料、水および界面活性剤からなる乳化燃料材料の各成分の混合比は乳化燃料に適した割合として適宜設計される。ただし、本発明の方法は、電磁弁（７）にて水の蒸発潜熱を利用して乳化物全体を急冷することを特徴とするので、添加される水の重量割合は、乳化物形成に適した水分割合に、電磁弁（７）により減圧した際に要求される温度降下に必要な水分量を加えた量とされ、このような乳化物の減温のために余分に加えられる水の量は、好ましくは乳化物を製造するために加えられる水分量の４〜１０％である。余分に加えられる水の量を１０％までに止めることが有利であるのは、廃プラスチックを有効利用するという観点から、過剰な水を加えても無駄であることに基づく。

例えば、廃プラスチックおよび重油（液体鉱物燃料）を合わせた重量５５ｇ、水４０ｇ、界面活性剤５ｇの乳化燃料材料を反応器（２）に投入し、この乳化燃料材料を加熱・攪拌することにより生じた１６０℃の乳化物１００ｇを１００℃に冷却する場合に必要な減温用に加えられる水分量ｘｇを求める場合について説明する。ここで、水の蒸発潜熱は５３９ｃａｌ／ｇ、比熱は１ｃａｌ／ｇ・℃である。また、上記混合比率の乳化燃料材料の比熱は別途行った実験により０．６３ｃａｌ／ｇ・℃であった。

この時、１００ｇの乳化物を１６０℃から１００℃に減温する場合に低減されるべきエネルギーは、
１００(g)×(１６０−１００)(℃)×０．６３(cal/g)=３７８０cal
より、３７８０ｃａｌであり、したがって、
３７８０(cal)
＝５３９(cal/g)×ｘ(g)＋(１６０−１００)(℃)×１(cal/g・℃)×ｘ(g)
により、ｘ＝６．３１（ｇ）が求められる。したがって、上記の乳化燃料材料を冷却する場合には６．３１ｇ（％）以上の水を余分に加えればよいことが分かる。

乳化燃料を製造するための第一の工程として、廃プラスチック、液体鉱物燃料、水および界面活性剤からなる乳化燃料を反応器（２）に投入し、これを加熱・攪拌する工程を行う。

この工程は、
（ｉ）廃プラスチック、液体鉱物燃料、水および界面活性剤からなる乳化燃料材料を一括して反応器（２）に投入した後にこの乳化燃料材料混合物を廃プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に加熱して廃プラスチックを溶解させる（図２参照）か、
（ｉｉ）廃プラスチックおよび液体鉱物燃料を反応器（２）に投入した後に、この混合物を廃プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に加熱して廃プラスチックを液体鉱物燃料に溶解させ、その後に、水および界面活性剤を反応器（２）に投入する（図３参照）か、または、
（ｉｉｉ）廃プラスチック、液体鉱物燃料および界面活性剤を反応器（２）に投入した後に、この混合物を廃プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に加熱して廃プラスチックを液体鉱物燃料に溶解させ、その後に、水を反応器（２）に投入する（図４参照）か、
のいずれかを行うことによってなされる。この工程における反応器（２）内の圧力は、例えば、５ｋｇ／ｃｍ^２以上である。

次に、反応器（２）に投入され加熱・攪拌されることによって廃プラスチックが溶解された乳化燃料材料混合物を、一定の時間、上記１６０〜３００℃以下の温度に保持する工程を行う。この工程を行うことによって反応器（２）内の乳化燃料材料混合物は乳化される。ここで、乳化燃料材料混合物を乳化させるための一定の時間は、乳化燃料材料混合物の各成分の種類および混合割合によって変動し得るが、例えば、１０〜６０分であり、好ましくは３０分である。

次に、急冷手段である電磁弁（７）を開にして、反応器（２）内の乳化物の圧力を急激に下げることによる水の蒸発潜熱を利用して、反応器（２）内の乳化物を減温する工程を行う。

電磁弁（７）による乳化物の急冷は、ＣＰＵ等の制御装置（１１）によって乳化物の温度降下速度が３００℃／ｈ以上、より好ましくは４００℃／ｈ以上になるように電磁弁（７）の開度を調整して温度降下がタイマー制御されるようにすれば、乳化物の冷却がより効率的になる。

電磁弁（７）の開操作により減温された乳化物は、続いて、外部に取り出される。本実施の形態では、ライン（６）を通り、途中の熱交換器（８）にて適宜冷却されて温度が調整された後、トラップ（９）で捕集される。トラップ（９）では、低沸点の重油は水から分離されて上部に油層を形成する。

ただし、電磁弁（７）による急冷工程を行った後の乳化物は、当業者に公知のあらゆる方法を用いて取り出すようにしてよく、本発明は、上記本実施の形態の方法に限定されるものではない。

以下、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明する。

図１に示す乳化燃料製造装置を用い、図２〜４のいずれかに示すプロセスに従い本発明の方法を実施した。以下、説明を理解し易いようにするため、図２に示す各乳化燃料材料を最初から一括して反応器に投入する方法をＡ、図３に示す水および界面活性剤を後から反応器に投入する方法をＢ、図４に示す水を後から反応器に投入する方法をＣで表す。

廃プラスチックとしてポリプロピレン、液体鉱物燃料としてＡ重油を用い、廃プラスチック、液体鉱物燃料、水、界面活性剤の各成分の混合割合、加熱温度等の各条件を種々変更した実施例１〜３および比較例１を実施した。乳化燃料材料を加熱・混合した後に行われる、温度を保持する工程の保持時間は各実施例において３０分である。また、乳化物生成後の冷却温度は各実施例において５０℃である。

表１に各実施例の乳化燃料材料の各成分の割合（重量％）および加熱および保持温度を示し、併せて、エマルジョンが形成されたものについては「良」、エマルジョンが形成されなかったものについては「不良」として結果を記載した。

本発明の乳化燃料の製造装置を示す概略構成図である。本発明の方法を説明するフローシートである。本発明の方法を説明するフローシートである。本発明の方法を説明するフローシートである。従来の乳化燃料の製造装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１乳化燃料製造装置
２反応器
３加熱装置
４攪拌装置
５圧力検出器
６ライン
７電磁弁
８熱交換器
９トラップ
１０ライン
１１制御装置

Claims

廃プラスチック、液体鉱物燃料、水および界面活性剤からなる乳化燃料材料が投入される反応器と、
該反応器に投入された乳化燃料材料を、廃プラスチックの分解温度以下の温度に加熱する加熱手段と、
該反応器に投入された乳化燃料材料を混合するために攪拌する攪拌手段と、
該反応器内にて該乳化燃料材料を混合、加熱することにより生じた乳化物の圧力を急激に減少させ、この際に蒸発される該乳化物に含まれる水の蒸発潜熱を利用して該乳化物を急冷する急冷手段と
を備えたことを特徴とする乳化燃料製造装置。
廃プラスチックおよび液体鉱物燃料の混合物を該廃プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に加熱して廃プラスチックを液体鉱物燃料に溶解させ、その後に、水および界面活性剤を添加するか、廃プラスチック、液体鉱物燃料、水および界面活性剤からなる乳化燃料材料を一括して混合した後にこの乳化燃料材料混合物を該プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に加熱して該廃プラスチックを混合物の他の成分中に溶解させるか、または廃プラスチック、液体鉱物燃料および界面活性剤を混合した後に、この混合物を廃プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に加熱して廃プラスチックを液体鉱物燃料に溶解させ、その後に、水を添加するか、のいずれかを行うことにより廃プラスチックを溶解させる工程と、
一定の時間、この混合物を廃プラスチックの分解温度である１６０〜３００℃以下の温度に保持し、乳化燃料材料を乳化させる工程と、
乳化物の圧力を急激に減少させることによって、その際に蒸発される、乳化物に含まれる水の蒸発潜熱を利用してこの乳化物の温度を１００℃まで低下させる工程と
を包含することを特徴とする乳化燃料の製造方法。
水の初期投入量は、乳化物形成に適した水分割合の水分量に、乳化物を減圧した際に要求される温度降下に必要な水分量を加えた量である、請求項２に記載の乳化燃料の製造方法。
減圧による温度降下速度が３００℃／ｈ以上になるように温度降下がタイマー制御される、請求項２または３に記載の乳化燃料の製造方法。
減圧による温度降下速度が４００℃／ｈ以上になるように温度降下がタイマー制御される、請求項２または３に記載の乳化燃料の製造方法。