JP2009051967A - Plastic decomposition device and plastic decomposition and recovery method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラスチックの分解装置とそれを用いたプラスチックの分解・回収方法に関するものである。 The present invention relates to a plastic decomposing apparatus and a plastic decomposing / collecting method using the same.
破砕した粉粒状のプラスチックを分解槽内で亜臨界状態の流体により分解する場合、これらの混合物はスラリーとなるが、スラリーを高温高圧で送液するポンプが高価であり、さらに固形物により部品が磨耗するなどポンプの耐久性に問題があることや、分解性能を確保しつつ分解槽に残留した未反応固形物の全量を排出することが困難であることから、連続的に原料を分解槽に供給し、かつ連続的に分解液を分解槽から排出することは難しい。 When the crushed powdered plastic is decomposed by subcritical fluid in the decomposition tank, the mixture becomes a slurry, but the pump for feeding the slurry at high temperature and high pressure is expensive, and the solids cause the parts to be There is a problem with the durability of the pump, such as wear, and it is difficult to discharge all the unreacted solids remaining in the decomposition tank while ensuring the decomposition performance. It is difficult to supply and continuously discharge the decomposition liquid from the decomposition tank.
特に、分解対象のプラスチックがFRP(ガラス繊維強化プラスチック)である場合、比重の大きいガラス繊維や炭酸カルシウムなどの無機物成分が生じるため、沈降性の高いこれらの成分を排出することが困難になる。 In particular, when the plastic to be decomposed is FRP (glass fiber reinforced plastic), inorganic components such as glass fiber and calcium carbonate having a large specific gravity are generated, and it is difficult to discharge these components having high sedimentation properties.
このような点から、FRPなどのプラスチックの亜臨界状態の流体による分解処理には、回分式の分解槽が用いられている(特許文献1参照)。回分式はバッチ処理であり、分解槽に投入した原料は、バッチの反応後、分解槽からそのまま全量が取り出される。分解処理時における分解槽内は、流体を亜臨界状態にするため高温高圧の状態にあり、分解液を分解槽から取り出すときには分解液を常温まで冷却し、常圧まで減圧する必要がある。 From such a point, a batch-type decomposition tank is used for the decomposition treatment of a plastic such as FRP with a subcritical fluid (see Patent Document 1). The batch system is a batch process, and the raw material charged into the decomposition tank is taken out from the decomposition tank as it is after the reaction of the batch. The inside of the decomposition tank at the time of the decomposition treatment is in a high temperature and high pressure state in order to bring the fluid into a subcritical state.
従来、分解処理後に分解液を短時間で冷却するために、亜臨界状態の分解温度からフラッシュ冷却により分解槽内が大気圧以下になるまで分解液温度を低下させ、次いで分解槽からの排出を行っている。すなわち、分解槽に連通する蒸気排出配管に設けられた開閉弁(フラッシュ弁)を開いてフラッシュ蒸気を分解槽外の低圧の系統に放出し、そのときの気化熱により分解槽内の分解液を冷却するようにしている。
しかしながら、フラッシュ蒸気による温度低下を促進するためには、開閉弁の開度を大きくし、蒸気の発生量を増大させる必要があるが、開閉弁の開度を急激に上げると、気液界面からの蒸気発生が間に合わず、液中から蒸気が発生するいわゆる突沸が起こり、フラッシュ蒸気と共にスラリーが蒸気排出配管に流れ込み、開閉弁から排出される場合がある。このようにスラリーがフラッシュ蒸気に同伴されて蒸気排出配管に流れ込み開閉弁から排出されると、開閉弁の弁体が損傷し、あるいは蒸気排出配管の閉塞を引き起こす可能性があるため、開閉弁の開放操作はスラリーの同伴排出を抑制するように行わなければならず、開閉弁の操作速度には制約があった。 However, in order to promote the temperature drop due to flash steam, it is necessary to increase the opening of the on-off valve and increase the amount of steam generated. Therefore, the so-called bumping, in which steam is generated from the liquid, occurs, so that the slurry flows into the steam discharge pipe together with the flash steam and is discharged from the on-off valve. If the slurry is entrained in the flash vapor and flows into the steam discharge pipe and is discharged from the on / off valve in this way, the valve body of the on / off valve may be damaged or the steam discharge pipe may be blocked. The opening operation must be performed so as to suppress the accompanying discharge of the slurry, and the operation speed of the on-off valve is limited.
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、突沸によるスラリーの同伴排出への対処に制限されることなく、冷却効率を最適化できるように開閉弁の開度を適切に調整することができるプラスチックの分解装置とそれを用いたプラスチックの分解・回収方法を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and the opening degree of the on-off valve is appropriately set so as to optimize the cooling efficiency without being limited to dealing with the entrainment discharge of slurry due to bumping. It is an object of the present invention to provide a plastic disassembling apparatus that can be adjusted and a plastic disassembling / recovering method using the same.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。 The present invention is characterized by the following in order to solve the above problems.
第1に、本発明のプラスチックの分解装置は、プラスチックと流体とを分解槽に投入し、分解槽内の流体を亜臨界または超臨界状態にしてプラスチックを分解した後、分解槽に連通する蒸気排出配管に設けられた開閉弁を開放して蒸気を排出し、これにより分解槽内の流体を冷却するプラスチックの分解装置であって、分解槽内に、プラスチックおよび流体を収容する有底の分解皿が上下方向に間隔をおいて複数配置されていることを特徴とする。 1stly, the plastic decomposition | disassembly apparatus of this invention throws a plastic and a fluid into a decomposition tank, makes the fluid in a decomposition tank into a subcritical or supercritical state, decomposes | disassembles a plastic, and is a vapor | steam connected to a decomposition tank Opening the on-off valve provided in the discharge pipe to discharge steam, thereby cooling the fluid in the decomposition tank, and the bottomed decomposition that contains the plastic and fluid in the decomposition tank A plurality of dishes are arranged at intervals in the vertical direction.
第2に、上記第1のプラスチックの分解装置において、分解槽内の複数の分解皿にプラスチックおよび流体を供給する供給手段を備えることを特徴とする。 Second, the first plastic decomposition apparatus includes a supply means for supplying plastic and fluid to a plurality of decomposition dishes in the decomposition tank.
第3に、上記第1または第2のプラスチックの分解装置において、分解槽内の複数の分解皿から分解物を含む液を外部に排出する排出手段を備えることを特徴とする。 Thirdly, the first or second plastic decomposing apparatus is characterized by further comprising discharge means for discharging the liquid containing the decomposition products from a plurality of decomposition dishes in the decomposition tank.
第4に、本発明のプラスチックの分解・回収方法は、上記第1ないし第3のいずれかのプラスチックの分解装置を用い、分解槽内に配置された複数の分解皿にプラスチックと流体とを投入し、分解皿内の流体を亜臨界または超臨界状態にしてプラスチックを分解した後、複数の分解皿のそれぞれに気液界面が形成された状態で、分解槽に連通する蒸気排出配管に設けられた開閉弁を開放して蒸気を排出し、これにより分解皿内の流体を冷却した後、複数の分解皿のそれぞれから分解物を含む液を外部に排出することを特徴とする。 Fourth, the plastic decomposition / recovery method of the present invention uses any one of the first to third plastic decomposition apparatuses, and puts the plastic and fluid into a plurality of decomposition dishes disposed in the decomposition tank. After disassembling the plastic in a subcritical or supercritical state in the decomposition dish, a gas-liquid interface is formed in each of the plurality of decomposition dishes. The steam is discharged by opening the open / close valve, and after cooling the fluid in the decomposition dish, the liquid containing the decomposition product is discharged to the outside from each of the plurality of decomposition dishes.
上記第1の発明によれば、分解槽内に、プラスチックおよび流体を収容する分解皿を上下方向に間隔をおいて複数配置したので、それぞれの分解皿に気液界面が形成されることで気液界面の面積が全体として増加し、これにより、開閉弁を開放して蒸気を排出し分解槽内の流体を冷却するときに突沸が防止されるので、スラリーがフラッシュ蒸気に同伴されて開閉弁より排出されることが防止される。したがって、スラリーの同伴排出への対処に制限されることなく、冷却効率を最適化できるように開閉弁の開度を適切に調整することができる。 According to the first aspect, since a plurality of decomposition dishes containing plastic and fluid are disposed in the decomposition tank at intervals in the vertical direction, gas-liquid interfaces are formed in the respective decomposition dishes. The area of the liquid interface increases as a whole, which prevents bumping when the on-off valve is opened to discharge the steam and cool the fluid in the cracking tank. Further discharge is prevented. Therefore, the opening degree of the on-off valve can be appropriately adjusted so that the cooling efficiency can be optimized without being limited to dealing with the accompanying discharge of the slurry.
上記第2の発明によれば、分解槽内の複数の分解皿にプラスチックおよび流体を供給する供給手段を設けたので、上記第1の発明の効果に加え、分解槽内のそれぞれの分解皿にプラスチックおよび流体が確実に収容されてそれぞれの分解皿に気液界面が形成され、気液界面の面積が全体として増加し、これにより、開閉弁を開放して蒸気を排出し分解槽内の流体を冷却するときに突沸をより確実に防止することができる。 According to the second aspect of the invention, since the supply means for supplying the plastic and the fluid to the plurality of decomposition dishes in the decomposition tank is provided, in addition to the effect of the first invention, each decomposition dish in the decomposition tank The plastic and fluid are securely contained and a gas-liquid interface is formed in each decomposition dish, and the area of the gas-liquid interface increases as a whole. It is possible to more reliably prevent bumping when cooling.
上記第3の発明によれば、分解槽内の複数の分解皿から分解物を含む液を外部に排出する排出手段を設けたので、上記第1および第2の発明の効果に加え、分解槽内のそれぞれの分解皿に収容されている分解物を含む液の全てを外部に排出して効率良く回収することができる。 According to the third aspect of the invention, since the discharge means for discharging the liquid containing the decomposition products from the plurality of decomposition dishes in the decomposition tank is provided, in addition to the effects of the first and second inventions, the decomposition tank All of the liquid containing the decomposition products stored in the respective decomposition dishes can be discharged to the outside and efficiently recovered.
上記第4の発明によれば、分解槽内に、プラスチックおよび流体を収容する分解皿を上下方向に間隔をおいて複数配置し、それぞれの分解皿に気液界面が形成されることで気液界面の面積が全体として増加した状態で開閉弁を開放して蒸気を排出し、分解槽内の流体を冷却するようにしたので、気液界面の不足による突沸が防止され、これにより、スラリーがフラッシュ蒸気に同伴されて開閉弁より排出されることが防止される。したがって、スラリーの同伴排出への対処に制限されることなく、冷却効率を最適化できるように開閉弁の開度を適切に調整することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, a plurality of decomposition dishes containing plastic and fluid are arranged in the decomposition tank at intervals in the vertical direction, and a gas-liquid interface is formed in each decomposition dish, whereby the gas and liquid are formed. With the interface area increased as a whole, the on-off valve was opened to discharge the steam and the fluid in the decomposition tank was cooled, so that bumping due to the lack of the gas-liquid interface was prevented. It is prevented from being discharged from the on-off valve accompanying the flash steam. Therefore, the opening degree of the on-off valve can be appropriately adjusted so that the cooling efficiency can be optimized without being limited to dealing with the accompanying discharge of the slurry.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態におけるプラスチックの分解装置の概略構成を示した図である。このプラスチックの分解装置1は、耐圧を有する円筒形の分解槽2を備えており、分解槽2内の流体51が亜臨界状態になる温度と圧力を維持し、この亜臨界状態の流体51を反応液として粉粒状のプラスチック50の分解を行うものである。本実施形態では分解対象のプラスチック50として不飽和ポリエステル樹脂を含むFRPを用い、流体51として水を用いている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a plastic disassembling apparatus according to an embodiment of the present invention. The plastic decomposition apparatus 1 includes a cylindrical decomposition tank 2 having a pressure resistance, and maintains a temperature and a pressure at which the fluid 51 in the decomposition tank 2 becomes a subcritical state. The granular plastic 50 is decomposed as a reaction liquid. In the present embodiment, FRP containing an unsaturated polyester resin is used as the plastic 50 to be decomposed, and water is used as the fluid 51.
分解槽2は、その上部に分解槽2内の圧力を検知する圧力検知器15が設けられており、さらに分解槽2の上部には、安全弁16が接続されている。分解槽2の外周の下部には、ヒーターや熱媒ジャケットを有する加熱装置14が設けられており、さらに分解槽2には、分解槽2内に差し込む形態で温度検知器17が設けられている。温度検知器17で分解槽2内の温度を検知しながら加熱装置14で分解槽2内を加熱することにより、検知される温度に基づいて加熱装置14を制御して最適温度で加熱を行うようにしている。
The decomposition tank 2 is provided with a
分解槽2内には、有底の分解皿5が、上下方向に間隔をおいて複数個、好ましくは3個以上配置されている。これらの分解皿5には、プラスチック50および流体51が収容され、この状態で分解槽2を密閉して加熱装置14により加熱を行い、分解皿5に収容された流体51を亜臨界状態にしてプラスチック50の分解処理を行う。
In the decomposition tank 2, a plurality of, preferably three or more
分解槽2には、分解皿5に収容されたプラスチック50と流体51を混合する攪拌装置10が設けられている。攪拌装置10は、分解槽2内を垂下する回転軸12と、回転軸12に取り付けられた攪拌翼13を備えており、分解槽2の上部に設けたモータ11で回転軸12を回転駆動することにより、それぞれの分解皿5に収容されたプラスチック50と流体51を攪拌混合する。
The decomposition tank 2 is provided with a
分解槽2には、原料供給配管40を介して前処理槽41が接続されている。前処理槽41にはプラスチック50を粉砕した粉粒体と流体51が投入され、攪拌装置42により十分に攪拌することによりスラリー状にした後、このスラリーを送液ポンプ43で原料供給配管40を通じて分解槽2内に供給するようにしている。
A
分解槽2内の複数の分解皿5に当該スラリーを供給する供給手段は、分解槽2外の原料供給配管40および送液ポンプ43により構成することができるが、その他、供給手段の一部分として、原料供給配管40と連通しそれぞれの分解皿5に当該スラリーを供給する配管を分解槽2内に設けるようにしてもよい。
The supply means for supplying the slurry to the plurality of
分解処理対象のプラスチック50の粉粒体は、分解皿5内における粉粒体の沈降や、加熱時における分解皿5の内面への粉粒体の固着を防止し、粉粒体の流体51に対する攪拌混合性を高めて反応効率を向上させる点から、最大粒子径が30mm以下になるように粉砕したものであることが好ましい。
The granular material of the plastic 50 to be decomposed prevents sedimentation of the granular material in the
分解槽2の上部には、蒸気排出配管20の一端が接続されており、蒸気排出配管20の他端は凝縮器24に接続されている。そして蒸気排出配管20の途中には、開閉弁22(フラッシュ弁)が設けられており、分解反応終了後に開閉弁22を開放することによって、流体51のフラッシュ蒸気が開閉弁22から排出されて、分解皿5内の流体51が気化熱により迅速に冷却される。
One end of the
開閉弁22は、全開口面積に対する開口度合い、すなわち開度を連続的に調整し、所望の開度に保持できるようになっている。この開閉弁22と、分解槽2に設置された圧力検知器15および温度検知器17はそれぞれ、CPUなどを備えた制御装置60に電気的に接続されており、制御装置60は、圧力検知器15により検知される分解槽2内の圧力と、温度検知器17により検知される分解槽2内の温度に応じて開閉弁22の開度を調整し、これにより分解槽2から排出される蒸気の量が調整される。
The on-off
分解槽2には、スラリー排出配管30が接続されており、スラリー排出配管30は、分岐してそれぞれの分解皿5に連通している。分解処理後、フラッシュ冷却によって分解皿5内のスラリーを減圧、冷却した後、スラリー排出配管30の途中に設けられた開閉弁31を開放することにより、プラスチック50の分解物を含有するスラリーは、それぞれの分解皿5からスラリー排出配管30を通じて排出され、スラリー回収槽32に回収される。
A
分解槽2内の複数の分解皿5から分解物を含むスラリーを外部に排出する排出手段は、それぞれの分解皿5に連通する分岐したスラリー排出配管30により構成することができるが、その他、排出手段の一部として、スラリー排出配管30の途中にスラリー送出用のポンプを設けるようにしてもよい。
The discharge means for discharging the slurry containing decomposition products from the plurality of
以上の構成を備えたプラスチックの分解装置1を用いて、次のようにしてプラスチック50の分解および回収を行う。まず、図1に示すように、プラスチック50と流体51を前処理槽41に投入して十分に攪拌混合しておき、このスラリーを送液ポンプ43で原料供給配管40を通じて分解槽2に供給し、それぞれの分解皿5に収容する。次いで分解槽2を密閉状態にし、分解皿5内のプラスチック50と流体51を攪拌装置10で攪拌しながら加熱装置14で加熱する。分解槽2は密閉状態とされているため、分解槽2の内圧は液温の飽和蒸気圧に一致しながら上昇していく。
Using the plastic disassembling apparatus 1 having the above configuration, the plastic 50 is disassembled and collected as follows. First, as shown in FIG. 1, the plastic 50 and the fluid 51 are put into the
そして、温度検知器17で分解槽2内の温度を検知し、圧力検知器15で分解槽2内の圧力を検知しながら加熱装置14で加熱を行い、検知された温度と圧力に応じて加熱を制御することにより、分解皿5内の流体51が亜臨界状態になる温度と圧力を維持し、この流体51を反応液としてプラスチック50を分解する。たとえば、プラスチック50として不飽和ポリエステル樹脂を含むFRPを用い、流体51として水を用いた本実施形態では、プラスチック濃度10〜50質量%、分解温度180〜260℃に調整し、水を亜臨界状態に維持して30分〜4時間反応させることにより、不飽和ポリエステル樹脂をエステル交換させ、スチレン−マレイン酸共重合体や多価アルコールなどのモノマーに加水分解することができる。分解処理により、プラスチック50の80質量%以上が溶解成分となる。
Then, the
このように分解槽2内でプラスチック50を亜臨界状態の流体51を反応液として分解した後、圧力検知器15および温度検知器17からの信号に基づく制御装置60の制御により、開閉弁22の開度を調整しながら開閉弁22を開放し、開閉弁22から流体51の蒸気を放出させ、分解槽2内の圧力を減圧していく。これにより、流体51の気化熱によって分解皿5に収容されている流体51の温度が下がるので、分解槽2内の冷却を自然放冷よりも短時間で行うことができる。
In this way, after the plastic 50 is decomposed in the decomposition tank 2 using the subcritical fluid 51 as the reaction liquid, the
そして、本実施形態では、それぞれの分解皿5に気液界面が形成されることで気液界面の面積が全体として増加しているので、気液界面の不足による突沸が防止され、これにより、スラリーがフラッシュ蒸気に同伴されて開閉弁22より排出されることが防止される。したがって、圧力検知器15により検知される分解槽2内の圧力と、温度検知器17により検知される分解槽2内の温度に応じた制御装置60による開閉弁22の開度の調整操作を、突沸への対処に制限されることなく、分解槽2の冷却効率を最適化するように行うことができる。
And in this embodiment, since the area of the gas-liquid interface is increased as a whole because the gas-liquid interface is formed in each
開閉弁22から放出された蒸気は、蒸気排出配管20を通じて凝縮器24に送られる。凝縮器24には冷却水などの冷媒が循環させてあり、当該蒸気は冷却により液化された後、凝縮水回収槽25に回収される。
The steam released from the on-off
このようにして分解皿5内の流体51を冷却し、分解槽2内の圧力が常圧またはその付近になった時点でスラリー排出配管30の開閉弁31を開放し、スラリー排出配管30を通じてプラスチック50の分解物を含有するスラリーをそれぞれの分解皿5から排出し、スラリー回収槽32に回収する。
In this way, the fluid 51 in the
以上に、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。たとえば、分解対象のプラスチック50としては、各種の熱硬化性樹脂などを用いることができ、分解反応に用いる流体51としては、水に他成分を混合したものやアルコールなどを用いてもよい。流体51による分解反応は、流体51を超臨界状態にして行うようにしてもよい。 The present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, as the plastic 50 to be decomposed, various thermosetting resins can be used, and as the fluid 51 used for the decomposition reaction, water mixed with other components, alcohol, or the like may be used. The decomposition reaction by the fluid 51 may be performed with the fluid 51 in a supercritical state.
分解槽2内へのプラスチック50と流体51の供給は、場合に応じて、前処理槽41を用いずにプラスチック50と流体51を別々に分解槽2内へ供給するようにしてもよい。この場合、分解槽2内の複数の分解皿5にプラスチック50と流体51を供給する供給手段は、分解槽2に接続したプラスチック供給配管および流体供給配管と、これらの配管に設けたポンプにより構成することができ、必要であれば、分解槽2内にこれらの配管に連通する配管を設けるようにしてもよい。
As for the supply of the plastic 50 and the fluid 51 into the decomposition tank 2, the plastic 50 and the fluid 51 may be separately supplied into the decomposition tank 2 without using the
1 プラスチックの分解装置
2 分解槽
5 分解皿
20 蒸気排出配管
22 開閉弁
50 プラスチック
51 流体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plastic decomposition apparatus 2
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JP2007221254A JP2009051967A (en) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Plastic decomposition device and plastic decomposition and recovery method using the same |
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JP2013203826A (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | National Univ Corp Shizuoka Univ | Method for producing recycled fiber, and system for producing recycled fiber |
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