JP2010126590A - 廃プラスチックの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】助燃剤の供給量を適正量とすることで、廃プラスチックから除去した脱塩素ガスを効率良く処理できる廃プラスチックの処理方法を提供する。
【解決手段】廃プラスチックを溶融炉１に供給し、溶融を行う溶融工程と、溶融された廃プラスチックが熱分解炉２に送り込まれ、塩素除去を行い、固形燃料を生成する熱分解工程と、除去された脱塩素ガスが燃焼炉３に送り込まれ、燃焼処理後に塩酸を生成する脱塩素ガス処理工程を備えた廃プラスチックの処理方法であって、脱塩素ガス処理工程で、燃焼炉３内に供給する助燃剤の供給量Ｙを、廃プラスチックの供給量Ｘに基づき、Ｙ＝αＸ＋βという式から算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、塩素系ポリマーを含有する廃プラスチックを溶融炉に供給し、その廃プラスチックを溶融する溶融工程と、溶融炉で溶融された廃プラスチックが熱分解炉に送り込まれ、その廃プラスチックから塩素除去を行い、固形燃料を生成する熱分解工程と、熱分解炉で除去された脱塩素ガスが燃焼炉に送り込まれ、燃焼炉内でその脱塩素ガスを燃焼処理し、その後に塩酸を生成する脱塩素ガス処理工程を備えた廃プラスチックの処理方法に関するものである。

従来、製品寿命を終えた多くの廃プラスチックは、産業廃棄物として埋め立てや焼却により処分されていたが、最終処分場確保の問題、地中へ有害物質が浸透することがあるという問題、燃焼時にダイオキシン等の有毒ガスが発生することがあるという問題等、多々の問題を抱えており、また、資源の有効利用という観点もあって、近年は、マテリアルリサイクルやケミカルリサイクル、或いはサーマルリサイクルへの適用が注目されつつあり、実際にその適用が年々増加している。

その中で、代表的な廃プラスチックの再利用法としては、廃プラスチックを固形燃料として再利用するという再利用法がある。しかしながら、廃プラスチック中に、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデンなどの塩素系ポリ−マーが含まれていると、固形燃料を製造する際の燃焼時に塩化水素ガスが発生するため、その塩化水素ガスを起因とする燃焼炉の腐食や、熱・電気エネルギーの回収率低下などといった問題が発生することがある。

このように、廃プラスチックから固形燃料を製造する際等には、燃焼時に廃プラスチックから塩化水素ガスが発生するという問題があるため、廃プラスチックを処理する際に、廃プラスチックから塩素を除去しようという提案がなされており、その提案は、例えば、特許文献１や特許文献２として開示されている。

これら特許文献１や特許文献２に記載の塩素の除去方法は、廃プラスチックを溶融炉で溶融後、熱分解炉で脱塩素処理を行い、更に、脱塩素処理後の溶融プラスチックを冷却後に粉砕しようという提案である。

これらの提案を実施することにより、廃プラスチック中に含まれている塩素や水分を事前に除去することは可能であるとは考えられるが、除去後の脱塩素ガスの処理については、特許文献１や特許文献２には、塩化水素処理装置や排ガス処理装置で処理するとは記載されているものの、具体的に脱塩素ガスを燃焼処理する際に、助燃剤等をどのように加えて処理するかについては言及されておらず、また、特にその詳細検討はされていない。

脱塩素ガスは、廃プラスチック中から気化した塩素ガスのほか、有機系ガスを含有するガスであるため、適切な燃焼処理を行う必要がある。しかしながら、実際の現場では、脱塩素ガスに、適宜容量の助燃剤や空気を加えて混合した後に、燃焼炉内で燃焼させて処理しているのが現状である。

助燃剤として使用されるのは、ＣＯＧ（コークスオーブンガス）や天然ガス等の気体燃料や、液体燃料であるが、これら助燃剤と空気を、脱塩素ガスに混合する際の定量的な制御はなされていない。例えば、燃焼炉内の温度が、例えば９００℃〜１０００℃になるように、それまでの運転実績や担当者の経験をもとに手動によって、助燃剤等の供給量を設定、調整しているのが現状であり、誤って過剰な量の助燃剤を供給してしまう場合や、逆に助燃剤の供給量が不足して燃焼炉内での燃焼が不十分になる場合がしばしばあり、非効率な運転を行っているというのが実際の現場での実情である。

特開平１１−５００７２号公報 特開２００６−６３３４６号公報

本発明は、上記従来の実情を鑑みてなされたもので、助燃剤の供給量を適正量とすることで、廃プラスチックから除去した脱塩素ガスを効率良く処理できる廃プラスチックの処理方法を提供することを課題とするものである。

請求項１記載の発明は、塩素系ポリマーを含有する廃プラスチックを溶融炉に供給し、前記廃プラスチックを溶融する溶融工程と、前記溶融炉で溶融された廃プラスチックが熱分解炉に送り込まれ、前記廃プラスチックから塩素除去を行い、固形燃料を生成する熱分解工程と、前記熱分解炉で除去された脱塩素ガスが燃焼炉に送り込まれ、その脱塩素ガスを燃焼処理し、その後に塩酸を生成する脱塩素ガス処理工程を備えた廃プラスチックの処理方法であって、前記脱塩素ガス処理工程で、前記脱塩素ガスと共に前記燃焼炉内に供給する助燃剤の供給量Ｙを、前記溶融炉に供給する前記廃プラスチックの供給量Ｘに基づき、下記式から算出することを特徴とする廃プラスチックの処理方法である。
Ｙ＝αＸ＋β
上式でαとβは定数である。

本発明の廃プラスチックの処理方法によると、廃プラスチックの供給量に基づき、助燃剤の供給量を適正量とすることで、廃プラスチックから除去した脱塩素ガスを、燃料の過不足を極力なくして効率良く処理することができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。

図１に本発明の廃プラスチックの処理方法の一実施形態を示す。図１において、１は、水分および塩素系ポリマーを含有する廃プラスチックが、廃プラスチック供給部４から供給され、その内部に供給した廃プラスチックを１５０℃〜１９０℃に加熱することで、廃プラスチックが溶融されると共に水分が水蒸気として除去される溶融炉であり、溶融工程で用いられる。２は、溶融炉１で溶融された廃プラスチックが送り込まれ、その廃プラスチックを更に２５０℃〜３９０℃に加熱することで、廃プラスチックから塩素除去が行われる熱分解炉であり、熱分解工程で用いられる。３は、熱分解炉２で除去された脱塩素ガスを燃焼処理する燃焼炉であり、脱塩素ガス処理工程で用いられる。

本発明では、水分および塩素系ポリマーを含有する廃プラスチックは、まず、溶融工程の溶融炉１で、加熱されて溶融される。溶融炉１は、廃プラスチック供給部４から最初に廃プラスチックが供給される炉である。溶融炉１の中には螺旋状になった混錬機１ａが設けられており、外部に設けられたモーター１ｂが駆動することで、溶融炉１の中に装入された廃プラスチックが、溶融炉１の中を上流側から下流側（図１の左側から右側）に向かい移動する。溶融炉１に供給された廃プラスチックは、混錬機１ａにより混錬されて移動すると同時に加熱溶融されて溶融炉１の出口側、すなわち下流側部に達した時点で１５０℃〜１９０℃に加熱される。

このように、廃プラスチックは溶融炉１内で１５０℃〜１９０℃に加熱されるので、廃プラスチック中に、沸点がこの加熱温度より低いか或いは揮発性が高いケイ素化合物等の物質が含有されている場合は、溶融炉１内で気化したケイ素化合物等がガス放出ライン５から除去される。前記したように、溶融炉１の下流側部に達した溶融した廃プラスチックの温度は、１５０℃〜１９０℃である。その温度が１５０℃未満であれば、廃プラスチックの溶融が不十分となる。一方、その温度が１９０℃を超えると、溶融炉１中で大量の塩素ガスが発生する状況となってしまう。

尚、塩素系ポリマーとは、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデンなどのことを示す。また、ケイ素化合物とは、シリコーンオイル、シロキサン類などのことを示す。

ガス放出ライン５は、溶融炉１の下流側部の上面から分岐しており、このガス放出ライン５からは、溶融した廃プラスチックから発生した水蒸気等のガスが放出除去されるが、このガス放出ライン５の分岐部には、図２に示すように、スリット状や細孔状の通気孔が形成された仕切り蓋７が設けられていることが望ましい。分岐部に通気孔が形成された仕切り蓋７を設けることで、気体である気化した水蒸気等はガス放出ライン５側に流れ込むが、溶融した廃プラスチックは加圧状態で流動しているといえどもガス放出ライン５側に流れ込むことを阻止される。

尚、溶融炉１内で、廃プラスチックを溶融させる際に気化したケイ素化合物等からなるガスを、水蒸気とは別に外部に放出するために、ガス放出ライン５とは別に溶融炉１から第２ガス放出ライン（図示しない）を分岐することもできるが、その場合、この第２ガス放出ラインは、ガス放出ライン５よりも下流側から分岐させ、水蒸気より高温で気化したケイ素化合物等を除去することが望ましい。

溶融炉１と次の熱分解工程の熱分解炉２は、管状の連通部６で連通されており、溶融した廃プラスチックは、溶融炉１からこの連通部６を通って熱分解炉２に送り込まれる。

熱分解工程の熱分解炉２は、先の溶融工程で溶融された廃プラスチックが送り込まれ、更に高温に加熱することで、廃プラスチックから塩素除去を行う炉であり、脱塩素機ということもできる。溶融炉１と同様、熱分解炉２の中には螺旋状になった混錬機２ａが設けられており、外部に設けられたモーター２ｂにより駆動する。熱分解炉２に送り込まれた廃プラスチックは、混錬機２ａにより混錬されて、熱分解炉２の中を上流側から下流側に移動すると同時に更に加熱され、熱分解炉２の出口側、すなわち下流側部に達した時点で２５０℃〜３９０℃となる。

前記したように、熱分解炉２の下流側部に達した溶融した廃プラスチックの温度は、２５０℃〜３９０℃である。その温度が２５０℃未満であれば、塩素系ポリマーを発生源とする脱塩素ガスの気化が不十分となる。一方、３９０℃超であれば、溶融した廃プラスチック４の熱分解が開始すると共に、塩素の離脱速度を超えて加熱することによるエネルギーのロスを招く。

熱分解炉２の下流側部の上面からは、気化した脱塩素ガスを燃焼炉３へ送るための通気管８が分岐している。通気管８を介して燃焼炉３へ達した脱塩素ガスは、ガス燃焼工程の燃焼炉３内で燃焼処理される。その際、燃焼炉３内には、脱塩素ガスのほか、助燃剤として、ＣＯＧ（コークスオーブンガス）や天然ガス等の気体燃料や、液体燃料が供給され、更に別の経路から供給された空気と共に混合されて燃焼炉３内で燃焼処理される。

燃焼炉３内に供給される助燃剤と空気のうち、燃焼炉３内での空気の消費量は、供給される助燃剤の量によって決まる。本発明では、この燃焼炉３内へ供給する助燃剤の供給量Ｙを、溶融炉１に供給する廃プラスチックの供給量Ｘに基づいて制御する。その助燃剤の供給量Ｙは、廃プラスチックの供給量Ｘに基づき、Ｙ＝αＸ＋β（αとβは定数である。）という式から算出することができる。尚、助燃剤がＣＯＧ（コークスオーブンガス）の場合、αは４０〜７０、βは４０００〜６０００である。その理由は実施例で詳しく説明する。

尚、助燃剤の供給量Ｙが、Ｙ＝αＸ＋βという式から求められる量より少ない場合は、供給量不足となり燃焼炉３内での燃焼が不十分になる。逆に助燃剤の供給量Ｙが、Ｙ＝αＸ＋βという式から求められる量より多い場合は、資源の無駄となる。

燃焼炉３内では、混合された可燃ガスは燃焼処理され、含有する塩素が燃焼分解された後、回収管９を通り、必要に応じて冷却部（図示しない）で冷却後、水と接触させ、続いて吸収塔１０に送られた後、塩酸として回収される。

一方、熱分解炉２内で、脱塩素ガスとして塩素成分を除去した脱塩素廃プラスッチックは、混錬機２ａにより混錬されることにより熱分解炉２内の下流側に送られ、熱分解炉２を出た後に冷却された後、破砕部１１で破砕され、固形燃料として回収される。尚、図１に示す１２は制御装置である。

廃プラスチックから発生する脱塩素ガスの熱量を測定する必要があるが、実際の設備で、廃プラスチックから発生する脱塩素ガスの熱量を測定することは困難であるため、廃プラスチックから発生する脱塩素ガスを処理するために必要な助燃剤の量を調べることとした。実施例では、助燃剤としてＣＯＧ（コークスオーブンガス）を用い、実際の運転データから、ＣＯＧの流量（供給量）と廃プラスチックの処理量（供給量）の関係を求めた。

その結果を図３にプロットして示す。図３によると、廃プラスチックの処理に伴いＣＯＧの流量が減少していることが分かる。すなわち、ＣＯＧの必要流量（供給量）Ｙは、廃プラスチックの処理量（供給量）Ｘに対し、Ｙ＝αＸ＋βという式（一次関数）で表すことができる。この式に基づき、助燃剤の流量（供給量）を制御することで、効率的に廃プラスチックの処理を行うことができることが分かった。

助燃剤としてＣＯＧを用いる場合は、図３に示す点をつないだ傾斜からαを求めることができ、ｙ軸の切片からβを求めることができる。図３に示す点のバラツキを考慮すると、αは４０〜７０、βは４０００〜６０００である。

尚、αとβは、用いる助燃剤の種類により異なることから、本発明を実施する際には、用いる助燃剤により、予めαとβを測定等によって決定した後に、助燃剤の供給量を制御する必要がある。

本発明で用いることのできる助燃剤としては、ＣＯＧ（コークスオーブンガス）のほかに、ＢＦＧ（高炉ガス）、ＬＤＧ（転炉ガス）、天然ガス、ＬＰＧ等を挙げることができるが、特に好ましいのは、熱量やコストの理由からＣＯＧである。

本発明の廃プラスチックの処理方法の一実施形態を示す概略断面図である。 ガス放出ラインの分岐部に仕切り蓋を設けた実施形態の一例を示す要部概略断面図である。 ＣＯＧの流量と廃プラスチックの処理量の関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１…溶融炉
１ａ…混錬機
１ｂ…モーター
２…熱分解炉
２ａ…混錬機
２ｂ…モーター
３…燃焼炉
４…廃プラスチック供給部
５…ガス放出ライン
６…連通部
７…仕切り蓋
８…通気管
９…回収管
１０…吸収塔
１１…破砕部
１２…制御装置

Claims (1)

1. 塩素系ポリマーを含有する廃プラスチックを溶融炉に供給し、前記廃プラスチックを溶融する溶融工程と、
   前記溶融炉で溶融された廃プラスチックが熱分解炉に送り込まれ、前記廃プラスチックから塩素除去を行い、固形燃料を生成する熱分解工程と、
   前記熱分解炉で除去された脱塩素ガスが燃焼炉に送り込まれ、その脱塩素ガスを燃焼処理し、その後に塩酸を生成する脱塩素ガス処理工程を備えた廃プラスチックの処理方法であって、
   前記脱塩素ガス処理工程で、前記脱塩素ガスと共に前記燃焼炉内に供給する助燃剤の供給量Ｙを、前記溶融炉に供給する前記廃プラスチックの供給量Ｘに基づき、下記式から算出することを特徴とする廃プラスチックの処理方法。
   Ｙ＝αＸ＋β
   上式でαとβは定数である。

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