JP2011256226A - 廃プラスチックの熱分解槽 - Google Patents

Abstract

【課題】 槽内壁のコーキングの生成を抑制でき、廃プラスチックの熱分解温度を下げることができるようにした廃プラスチックの熱分解槽を提供する。
【解決手段】 槽本体（１１）に生石灰及び活性白土の混合触媒とともに投入された廃プラスチックを熱分解し、抽出口（１１Ｂ）から熱分解生成油のガスを抽出する。撹拌機（１２）を回転させ、投入された廃プラスチックと混合触媒を攪拌し、シャフト（１２Ａ）及び攪拌翼（１２Ｂ）を流通する高温蒸気によって槽本体内の廃プラスチックを内部から加熱するとともに、槽本体外側のジャケット（１０）に高温蒸気を流通させ、槽本体内の廃プラスチックを外部から加熱する。攪拌翼先端から噴き出す高温蒸気によって槽本体内壁のコーキングの生成を抑制する。
【選択図】 図２

Description

本発明は廃プラスチックの熱分解槽に関し、特に槽内壁のコーキングの生成を抑制でき、廃プラスチックの熱分解温度を下げることができるようにした熱分解槽に関する。

例えば、ポリオレフィン系やポリスチレン系等の廃プラスチックを油化する場合、原料を破砕し異物を分別するなどの前処理を行った後、熱分解槽に投入し、溶融して熱分解を行わせ、熱分解生成油のガスを抽出し、軽質油、中質油及び重質油に分離して回収する一方、熱分解残渣は槽底から排出することが行われている（特許文献１）。

ところで、廃プラスチックの溶融及び熱分解に必要な熱量を電気ヒータや高温の燃焼ガスによって槽外壁へ直接与えるようにすると、槽内壁にコーキングが発生しやすい。

また、処理速度を向上させるために熱分解温度を比較的高く設定すると、早期に生成した残渣が高温雰囲気に曝されるので、アスファルト、ピッチ、さらにはコークに変成してしまうばかりでなく、燃料コストが高くなる。

これに対し、本件発明者は、半熱分解油を熱分解槽内に残留させ、次の廃プラスチックの溶融・熱分解の熱源に利用する方法、抽出した熱分解油のうち、軽質油留分を熱分解槽に循環させて廃プラスチックの溶融・熱分解の熱源に利用する方法を提案している（特許文献２，特許文献３）。

特開平０９−１３０４３号公報 特開２００１−５５５８３号公報 特開２００７−２４６６８５号公報

しかし、半熱分解油や熱分解軽質油を熱源に用いると、溶融・熱分解をマイルドに行うことができるので、残渣の変成は少なくできるものの、槽内壁にコーキングが生成しやすいという問題は依然として残っていた。

本発明は、かかる問題点に鑑み、槽内壁のコーキングの生成を抑制でき、廃プラスチックの熱分解温度を下げることができるようにした廃プラスチックの熱分解槽を提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る廃プラスチックの熱分解槽は、廃プラスチックを熱分解して熱分解生成油のガスを回収するようにした廃プラスチックの熱分解槽において、生石灰及び活性白土の混合触媒とともに投入された廃プラスチックを熱分解し、抽出口から熱分解生成油のガスが抽出される一方、槽底の排出スクリュ−から残渣が排出される槽本体と、シャフト及び攪拌翼の内部に高温蒸気の流通路が形成されるとともに、上記攪拌翼の先端に上記槽本体の内壁に向けて高温蒸気を噴き出す噴出しノズルが設けられ、駆動源によって回転されて上記投入された廃プラスチックと混合触媒を攪拌し、上記シャフト及び攪拌翼を流通する高温蒸気によって槽本体内の廃プラスチックを内部から加熱するとともに、上記攪拌翼の先端から噴き出す高温蒸気によって槽本体内壁のコーキングの生成を抑制する攪拌機と、上記槽本体の外側に設けられ、流通する高温蒸気によって槽本体内の廃プラスチックを外部から加熱するジャケットと、を備えたことを特徴とする。

本発明の特徴の１つは槽本体外壁のジャケットと槽本体内の撹拌機のシャフト及び攪拌翼の流通路に高温蒸気を流通させて槽本体の外側と内側とから熱量を与えるようにした点にある。これにより、廃プラスチックの溶融・熱分解に必要な熱量を槽本体内に効率よく与えることができる。

また、本発明の第２の特徴は撹拌翼の先端から槽本体の内壁に向けて高温蒸気を噴き出させるようにした点にある。これにより、槽本体内壁におけるコーキングの生成が抑制される。

槽本体内に高温蒸気を噴き出させるようにした場合、槽内の圧力が高温蒸気の圧力よりも高くなると、シャフト及び攪拌翼の流通路への槽内ガスの逆流が生じ、目詰まりが起こるおそれがある。

そこで、定圧の蒸気を噴出しノズルから噴き出させて槽内ガスの逆流を防止するか、噴出しノズルに逆止弁を内蔵するか、又は噴出しノズル近傍の流通路に逆止弁を設けて槽内ガスの逆流を防止するのが好ましい。

本発明の第３の特徴は生石灰と活性白土の混合触媒を使用するようにした点にある。これにより、熱分解温度が下がり、コーキングの生成が大幅に緩和し、又熱分解時間が短くなり、燃料費を低減でき、さらには熱分解油が軽質化し、臭いが改善し、ＷＡＸ量も少なくなる。

生石灰の目的はＨＣｌなどの酸性物質の中和、生成油の形質化、及びＰＥＴ樹脂の分解であるので、生石灰の添加量は塩素に対して理論量の１．２〜２倍程度、ＰＥＴ樹脂１ｍｏｌに対して１〜１０ｍｏｌが好ましい。活性白土の目的は熱分解の促進であるので、原料に対して２〜１０ｗｔ％が好ましい。

したかって、原料に１５ｗｔ％のＰＶＣ樹脂や３０wt％のＰＥＴ樹脂が混入していても生石灰を原料に対して１５ｗｔ％添加すればよい。

本発明に係る熱分解槽は廃棄プラスチックの熱分解に適用すると、その効果が大きいが、廃タイヤ、廃潤滑油、廃食用油、パーム、ジャトロハの熱分解にも適用することができる。

熱源の高温蒸気は熱分解槽から抽出された熱分解生成油のうち、軽質油留分を燃焼させて高温蒸気を生成するようにしてもよく、又ヒータ加熱によって高温蒸気を生成するようにしてもよい。

本発明に係る廃プラスチックの熱分解槽の好ましい実施形態を示す構成図である。 第２の実施形態を示す構成図である。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る廃プラスチックの熱分解槽の好ましい実施形態を示す。熱分解槽１０は横型円筒状の槽本体１１を有し、槽本体１１の側壁には蓋によって密閉可能な原料の投入口１１Ａが形成され、投入口１１Ａには廃プラスチックが触媒及び砂とともに投入され、又槽本体１１の頂部には熱分解生成油のガスを抽出する抽出口１１Ｂが形成されている。

触媒には生石灰と活性白土の混合触媒が使用されている。石灰の添加量は塩素に対して理論量の１．２〜２倍程度、ＰＥＴ樹脂１ｍｏｌに対して１〜１０ｍｏｌとする。活性白土の添加量は原料に対して２〜１０ｗｔ％とする。

また、槽本体１１の槽底には残渣の排出口１１Ｄが形成され、排出口１１Ｄには駆動モータ１４Ａによって駆動される残渣の排出スクリュー１４が接続され、又排出口１１Ｄと排出スクリュー１４との間には通路の開閉バルブ１４Ｂが設けられている。

さらに、槽本体１１内には撹拌機１２が設けられている。撹拌機１２はシャフト１２Ａに複数の攪拌翼１２Ｂを固定して構成され、シャフト１２Ａは軸受１１Ｃによって槽壁に回転自在に取付けられ、シャフト１２Ａと駆動モータ１２Ｃとの間にはギア群１２Ｇが設けられ、シャフト１２Ａは駆動モータ１２Ｃによって回転されるようになっている。

シャフト１２Ａ及び攪拌翼１２Ｂの内部には高温蒸気が流通する流通路１２Ｄが形成され、攪拌翼１２Ｂの先端には槽本体１１の内壁に向けて高温蒸気を噴き出す複数の噴出しノズルが取付けられ、噴出しノズルには逆止弁が内蔵され、又シャフト１２Ａには高温蒸気の導入口と排出口１２Ｆが形成され、高温蒸気の導入口にはスイベルジョイントを介して高温蒸気が導入されるようになっている。

槽本体１１の外側にはジャケット１３が槽本体１１の全体を取り囲むように設けられ、ジャケット１３には高温蒸気の導入口１３Ａと排出口１３Ｂが形成されている。

廃プラスチック（原料）を熱分解する場合、原料を生石灰と活性白土の混合触媒と適量の砂とともに投入口１１Ａから槽本体１１内に投入する。

原料が投入されると、加熱炉によって４５０°Ｃの高温蒸気を生成し、これを槽本体１１のジャケット１３及び撹拌機１２に流通させるとともに、撹拌機１２の攪拌翼を１２Ｂを回転させて原料、混合触媒及び砂を攪拌する。

すると、原料、触媒及び砂が槽本体１１の外側及び内側から加熱されて溶融し、約４００°Ｃ程度になると熱分解反応が進行し、熱分解生成油のガスが抽出口１１Ｂから抽出され、この熱分解生成油のガスは熱分解槽１０の後工程で蒸留などの処理がなされ、軽質油、中質油及び重質油が得られる。

このとき、生石灰と活性白土が添加されているので、熱分解反応の温度が下がり、コーキングの生成が少なく、又蒸気生成のための燃料費が少なくなり、更には熱分解生成油が軽質化し、臭いが改善し、ＷＡＸ量も少なくなる。

熱分解が済むと、開閉バルブ１４Ｂが開かれ、熱分解槽１０の残渣は槽底の排出口１１Ｄから排出スクリュ−１４によって系外に排出される。残渣の排出が完了すると、熱分解槽１０には次の原料が投入される。

また、攪拌翼１２Ｂの流通路１２Ｄに供給された高温蒸気は攪拌翼１２Ｂから槽本体１１の内壁に向けて噴き出され、これによって槽本体１１の内壁におけるコーキングの生成が抑制されることとなる。

図２は第２の実施形態を示す。図において、熱分解槽１００は縦型円筒状の槽本体１１０を有し、槽本体１１０の頂部には蓋によって密閉可能な原料の投入口１１０Ａが形成され、投入口１１０Ａには廃プラスチックが触媒及び砂とともに投入され、又槽本体１１０の頂部には熱分解生成油のガスを抽出する抽出口１１０Ｂが形成されている。

また、槽本体１１０の槽底には残渣の排出口１１０Ｄが形成され、排出口１１０Ｄには駆動モータ１４０Ａによって駆動される残渣の排出スクリュー１４０が接続され、又排出口１１０Ｄと排出スクリュー１４０との間には押出しスクリュー１４０Ｂが設けられている。

さらに、槽本体１１０内には撹拌機１２０が設けられている。撹拌機１２０はシャフト１２０Ａに複数の攪拌翼１２０Ｂを固定するとともにシャフト１２０Ａ先端に槽底に対応する形状の攪拌翼１２０Ｆを固定して構成され、シャフト１２０Ａは軸受１１０Ｃによって槽壁に回転自在に取付けられ、シャフト１２０Ａと駆動モータ１２０Ｃとの間にはギア群１２０Ｇが設けられ、シャフト１２０Ａは駆動モータ１２０Ｃによって回転されるようになっている。

シャフト１２０Ａ及び攪拌翼１２０Ｂ、１２０Ｇの内部には高温蒸気が流通する流通路１２０Ｄが形成され、攪拌翼１２０Ｂ、１２０Ｇの先端には槽本体１１の内壁及び槽底に向けて高温蒸気を噴き出す複数の噴出しノズルが取付けられ、噴出しノズルには逆止弁が内蔵され、又シャフト１２０Ａには高温蒸気の導入口が形成され、導入口にはスイベルジョイント１２０Ｅを介して高温蒸気が導入されるようになっている。

また、攪拌翼１２０Ｇには押出しスクリュー１４０Ｂが連結され、残渣が排出スクリュー１４０に向けて押し出されるようになっている。

槽本体１１０の外側にはジャケット１３０が槽本体１１０の下半部を取り囲むように設けられ、ジャケット１３０には高温蒸気の導入口１３０Ａと排出口１３０Ｂが形成されている。

廃プラスチック（原料）を熱分解する場合、加熱炉で４５０°Ｃの高温蒸気を生成し、これを槽本体１１０のジャケット１３０及び撹拌機１２０に流通させ、槽本体１１０内が十分に昇温されると、原料を生石灰と活性白土の混合触媒と砂とともに投入口１１０Ａから槽本体１１０内に所定時間ごとに投入する。

原料が投入されると、撹拌機１２０を回転させ、原料、混合触媒及び砂を攪拌する。原料、触媒及び砂が槽本体１１０の外側及び内側から加熱されて溶融し、約４００°Ｃになると熱分解反応が進行し、熱分解生成油のガスが抽出口１１０Ｂから抽出され、この熱分解生成油のガスは熱分解槽１００の後工程で蒸留などの処理がなされ、軽質油、中質油及び重質油が得られる。

このとき、生石灰と活性白土が添加されているので、熱分解反応の温度が下がり、コーキングの生成が少なく、又蒸気生成のための燃料費が少なく、更には熱分解生成油が軽質化し、臭いが改善し、ＷＡＸ量も少なくなる。

熱分解が進行し、槽底に残渣が生成されると、残渣は押出しスクリュー１４０Ｂによって槽底の排出口１１０Ｄから排出スクリュー１４０を経て系外に排出される。

また、攪拌翼１２０Ｂ、１２０Ｇの流通路１２０Ｄに供給された高温蒸気は攪拌翼１２０Ｂ、１２０Ｇから槽本体１１０の内壁及び底壁に向けて噴き出され、これによって槽本体１１０の内壁及び底壁におけるコーキングの生成が抑制される。

１０ 熱分解槽
１１ 槽本体
１２ 撹拌機
１２Ａ シャフト
１２Ｂ 攪拌翼
１２Ｃ 駆動モータ
１２Ｄ 流通路
１３ ジャケット
１００ 熱分解槽
１１０ 槽本体
１２０ 撹拌機
１２０Ａ シャフト
１２０Ｂ 攪拌翼
１２０Ｃ 駆動モータ
１２０Ｄ 流通路
１３０ ジャケット

Claims (2)

1. 廃プラスチックを熱分解して熱分解生成油のガスを回収するようにした廃プラスチックの熱分解槽において、
   生石灰及び活性白土の混合触媒とともに投入された廃プラスチックを熱分解し、抽出口（１１Ｂ）から熱分解生成油のガスが抽出される一方、槽底の排出スクリュー（１４）から残渣が排出される槽本体（１１）と、
   シャフト（１２Ａ）及び攪拌翼（１２Ｂ）の内部に高温蒸気の流通路（１２Ｄ）が形成されるとともに、上記攪拌翼（１２Ｂ）の先端に上記槽本体（１１）の内壁に向けて高温蒸気を噴き出す噴出しノズルが設けられ、駆動モータ（１２Ｃ）によって回転されて上記投入された廃プラスチックと混合触媒を攪拌し、上記シャフト（１２Ａ）及び攪拌翼（１２Ｂ）を流通する高温蒸気によって槽本体（１１）内の廃プラスチックを内部から加熱するとともに、上記攪拌翼（１２Ｂ）の先端から噴き出す高温蒸気によって槽本体（１１）内壁のコーキングの生成を抑制する攪拌機（１２）と、
   上記槽本体（１１）の外側に設けられ、流通する高温蒸気によって槽本体（１１）内の廃プラスチックを外部から加熱するジャケット（１３）と、
   を備えたことを特徴とする廃プラスチックの熱分解槽。
2. 上記槽本体が横型又は縦型の槽である請求項１記載の廃プラスチックの熱分解槽。
   

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