JP2012017441A

JP2012017441A - 廃プラスチックの熱分解処理装置

Info

Publication number: JP2012017441A
Application number: JP2010157023A
Authority: JP
Inventors: Hiroshige Nakatsuka; 廣重中塚
Original assignee: ALMIGHTY KK; Almighty Co Ltd
Current assignee: ALMIGHTY KK; Almighty Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-26
Also published as: TW201209080A; WO2012005055A1

Abstract

【課題】処理時間を短縮可能な熱分解処理装置を提供する。
【解決手段】廃プラスチックを熱分解するための熱分解処理装置であって、廃プラスチックを収容する熱分解槽と、熱分解槽内に設けられており、熱分解槽内の廃プラスチックを加熱する加熱手段と、熱分解槽内の温度を調整するために加熱手段の加熱量を制御する制御手段と、を備えた熱分解処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃プラスチックの熱分解処理装置に関するものである。

近年、循環型経済社会を形成するための取り組みがさまざまな分野で行われ始め、廃プラスチックについてもそのリサイクルの必要性が高まっている。廃プラスチックのリサイクル処理の一つとして、廃プラスチックから油を取り出す油化という処理が知られている。この油化処理では、熱分解処理装置に備えられた熱分解槽に廃プラスチックを投入し、熱分解槽を外側から加熱することで熱分解槽内の廃プラスチックを加熱分解して熱分解ガスを生成し、その生成した熱分解ガスを冷却して油を得ている。このような油化処理が施される廃プラスチックのうち、主に医療関係機関より排出され、いわゆる感染医療廃棄物に分類されるものは、熱分解処理に先立って滅菌処理を行う必要がある。感染医療廃棄物に分類される廃プラスチックは、滅菌処理装置によって滅菌された後、滅菌処理装置から熱分解槽へと移され、熱分解層内で加熱分解される（例えば特許文献１参照）。

特許第４１５９２３号公報

上述したような油化処理においては、熱分解槽の容量が十分でないため、滅菌装置によって滅菌処理された廃プラスチックをできるだけ多く熱分解槽に投入することができるよう、廃プラスチックを熱分解槽に移す前に破砕装置で破砕し、その後減容する必要がある。また、廃プラスチックを破砕する際、廃プラスチックに金属が混入していると破砕装置が詰まりによって運転停止したり故障したりする可能性があるため、事前に廃プラスチックから金属を分離及び除去する必要があった。このように、従来の熱分解処理装置においては、処理対象の廃プラスチックに対して金属分離、破砕、及び減容といった前処理を行う必要があるため、油化処理全体としての処理時間が長くなるという問題があった。

そこで、本発明は、処理時間を短縮可能な熱分解処理装置を提供することを課題とする。

本発明に係る熱分解処理装置は、上記課題を解決するためになされたものであり、廃プラスチックを熱分解するための熱分解処理装置であって、廃プラスチックを収容する熱分解槽と、前記熱分解槽内に設けられており、前記熱分解槽内の廃プラスチックを加熱する加熱手段と、前記熱分解槽内の温度を調整するために前記加熱手段の加熱量を制御する制御手段と、を備えている。

本発明に係る熱分解処理装置は、加熱手段が熱分解槽内に設けられていることにより、熱分解槽の外に加熱手段が設けられていた従来の熱分解装置よりも熱分解槽内の温度上昇速度が速くなるため、従来の熱分解装置と比較して加熱時間を延ばすことなく熱分解槽の容量を拡大することができる。このため、廃プラスチックを熱分解槽内に原型のまま大量に投入することができ、熱分解槽内において廃プラスチックの滅菌処理及び熱分解処理を連続して行うことが可能となる。このように、本発明に係る熱分解処理装置は、金属分離、破砕、及び減容といった廃プラスチックの前処理工程と滅菌処理装置から熱分解処理装置への廃プラスチックの移動工程とを省くことができるため、処理時間を短縮することができ、経費の削減をすることができる。

また、上記熱分解処理装置において、加熱手段は、通電により自身が加熱される過熱蒸気供給管であることが好ましい。この過熱蒸気供給管は、自身が加熱されることで内部に供給される飽和蒸気を過熱蒸気へと変化させ、この過熱蒸気を熱分解槽内に放出する。この過熱蒸気及び過熱蒸気供給管自身の熱により、熱分解槽内をより効率よく加熱することができる。

また、上記熱分解処理装置は、過熱蒸気供給管を通電することのみで、乾熱滅菌装置としての使用ができる。

また、上記熱分解処理装置は、過熱蒸気を冷却するための冷却器を前記熱分解槽の外側に備えていてもよい。この冷却器は、熱分解槽内から排出された余剰の過熱蒸気を冷却凝縮して熱分解槽内に戻すことができる。この構成によれば、熱分解槽内に送り込まれる過熱蒸気により熱分解槽内が高圧になるのを防止することができる。

また、上記熱分解処理装置は、回転軸が熱分解槽の内側底面に平行に延びる攪拌器を備えていてもよい。この攪拌器によって熱分解槽内の廃プラスチックを攪拌することで、熱分解処理後の廃プラスチック、木片・紙屑等の有機物の残渣を粉状にすることができるとともに、熱分解槽内をより効率よく加熱することができる。

上記攪拌器は、熱分解槽に形成された廃プラスチックの排出口に向かって廃プラスチックを運搬可能なよう構成されている。この構成によれば、熱分解槽内における熱分解後の廃プラスチックを熱分解槽の外に効率よく排出することができる。

また、上記熱分解処理装置において、制御手段は、熱分解槽内の温度が廃プラスチックを滅菌するための第１の温度及び廃プラスチックを油化するための第２の温度となるよう、加熱手段の加熱量を制御することができる。

上記制御手段は、さらに、熱分解槽内の温度が廃プラスチック、及び木片・紙屑等の有機物を炭化するための第３の温度となるよう、加熱手段の加熱量を制御してもよい。

本発明によれば、処理時間を短縮することができる。

本実施形態に係る熱分解処理装置の正面断面図である。本実施形態に係る熱分解処理装置の平面図である。本実施形態に係る熱分解処理装置の左側面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。本実施形態に係る熱分解処理装置の右側面図である。本実施形態に係る冷却器の正面拡大図である。本実施形態に係る廃プラスチック油化処理システムの全体概略図である。

以下、本発明に係る熱分解処理装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る熱分解処理装置１は、図１に示すように、熱分解槽２、この熱分解槽２内に過熱蒸気を導入するための過熱蒸気供給管３、及び過熱蒸気を冷却凝縮するための冷却器４（冷却手段）を備えている。

熱分解槽２は、略直方体状であり、内部に廃プラスチックを収容可能なよう中空となっている。図２に示すように、この熱分解槽２の上面には、廃プラスチックを投入するために開閉可能な蓋部２１、及び廃プラスチックから発生する熱分解ガスを排出するための排出管２３が設けられており、排出管２３には熱分解ガスの流量を調節するための電動ダンパ２４が取り付けられている。また、熱分解槽２の上面には、安全弁２５や、熱分解槽２内に冷却水のシャワーを供給するための冷却シャワー供給口２６が設けられて
いる。図２及び図３に示すように、熱分解槽２の左側面には、熱分解処理後に生成される炭化物であるいわゆる残渣を取り出すために、開閉可能な２つの扉部２７（排出口）が設けられ、また、熱分解槽２内に冷却用の窒素ガスを注入するための窒素ガス注入口２８が形成されている。熱分解槽２の下方には、図１に示すように、熱分解槽２を冷却するための送風機６が設置されている。

図４に示すように、熱分解槽２には、熱分解処理中に廃プラスチックを攪拌するための２つの攪拌器５が設けられている。攪拌器５は、熱分解槽２の底面に平行に延びる回転軸５１を有しており、この回転軸５１は、周囲に複数の羽根５３が取り付けられ、モータ５２により双方向に回転可能となっている。攪拌器５は、回転軸５１がモータ５２により一方向に回転すると熱分解槽２内の廃プラスチックを攪拌し、回転軸５１が逆方向に回転すると熱分解槽２内の廃プラスチックを扉部２７側に向かって運搬するよう構成されている。また、図１及び図４に示すように、熱分解槽２内には、熱分解槽２内の圧力を測定するための圧力計７、及び熱分解槽２内の熱を逃がさないようにするための断熱材８が設けられている。

過熱蒸気供給管３は、図１及び図４に示すように、熱分解槽２内に設けられており、熱分解槽２内の前側壁面及び後側壁面において上下で折り返すように配置されている。過熱蒸気供給管３は、通電により最高９００℃まで加熱されるいわゆるヒータ管として構成され、後述する電気貫流ボイラ３００から送られ内部を通過する飽和蒸気を２００〜７５０℃の過熱蒸気に変化させる。この過熱蒸気供給管３の加熱量は、シーケンサ内蔵型の操作盤９（制御手段）によって自動制御される。過熱蒸気供給管３の材質としては、高温下における耐食性を有するものが好ましく、例えば、ニッケルクロム合金を使用することができる。ニッケルクロム合金は、特に限定されるものではないが、ニッケルを５８〜６３％、クロムを２１〜２５％含有するものが好ましく、例えば、インコネル（登録商標）６０１である。また、熱分解槽２の容量が４．１６ｍ^３の場合、過熱蒸気供給管３の大きさは、特に限定されるものではないが、外径２６．７ｍｍ、内径２１．３ｍｍ、長さ１５〜１８ｍであることが好ましく、例えば、配管サイズ１５Ａである。

図５に示すように、熱分解槽２の右側面には４つの冷却器４が取り付けられている。図６に示すように、冷却器４は二重管である冷却管４２を備えており、この冷却管４２には、内管と外管との間に冷却水を供給するための水供給口４２１、及びこの冷却水を排出するための水排出口４２２が設けられている。冷却管４２は、熱分解槽２内の過熱蒸気を第１の導管４１ａを介して内管に導入し、この過熱蒸気を内管と外管との間を流れる冷却水によって冷却凝縮する。その後、冷却管４２は、冷却凝縮されて水となった過熱蒸気を第２の導管４１ｂを介して熱分解槽２内へと戻す。第１の導管４１ａには熱分解槽２内からの過熱蒸気の排出を停止するための電磁弁４３が設けられており、第２の導管４１ｂには凝縮後の過熱蒸気の逆流を防止するためのチャッキ弁４４が設けられている。

上述したように構成された熱分解装置１は、図７に示すように、廃プラスチック油化処理システム１００の最上流に配置されている。熱分解処理装置１には、水タンク２００内に貯蔵された水を内部に導入して加熱することで飽和蒸気を発生させるための電気貫流ボイラ３００が接続されている。熱分解処理装置１の下流には、ゼオライト触媒等によって熱分解ガスを改質するための触媒塔５００が配置されており、この触媒塔５００と熱分解処理装置１との間には、熱分解ガスを水酸化カルシウム液によって中和して熱分解ガス中の塩素を除去するためのスクラバー４００が設けられている。なお、スクラバー４００においては還元剤としてハイポ（チオ硫酸ナトリウム）液が使用される。触媒塔５００の下流には、熱分解ガスを冷却凝縮して油を生成するための凝縮装置６００が配置されている。この凝縮装置６００は、２つの冷却タンク６０１を備えており、この２つの冷却タンク６０１の外側面にはクーリングタワー６０２によって冷却された冷却水が流される。さらに、凝縮装置６００の下流には、生成された油から水を分離するための遠心分離機７００が配置されている。この遠心分離機７００によって水が分離された油は、第１のＦＡフィルタ８０１を介して油タンク８００に貯蔵され、油から分離された水は第２のＦＡフィルタ２０１を介して水タンク２００に貯蔵される。また、凝縮装置６００で凝縮されないいわゆるオフガスは、オフガス洗浄タンク９０１で苛性ソーダ液によって洗浄され、オフガスタンク９０２に一旦収容された後、オフガス浄化器９０３でＰＩＰチタン自然触媒により、浄化される。その後、オフガスは、オフガス浄化装置９００で光触媒である酸化チタン光触媒セラミックフィルタによって殺菌され、排気ダクト９０４より大気中に排気される。

次に、上述したように構成された熱分解処理装置１、及びこの熱分解処理装置１が設置された廃プラスチック油化処理システム１００の作動方法について説明する。

まず、排出管２３の電動ダンパ２４及び冷却器４の電磁弁４３を閉じた状態で、蓋部２１を開けて熱分解槽２内に感染医療廃棄物である廃プラスチックを投入する。その後、蓋部２１を閉め、熱分解槽２内を密閉する（図２参照）。

次に、過熱蒸気供給管３を通電により最高９００℃まで加熱し、この過熱蒸気供給管３自身の熱により熱分解槽２内を加熱する。熱分解槽２内の温度が１８０℃を越えた時点で、過熱蒸気供給管３の加熱量は、熱分解槽２内の温度がそれ以上上昇しないよう、操作盤９のシーケンサにより自動制御され、熱分解槽２内の温度は１８０℃以上（第１の温度）で少なくとも３０分間維持される。これにより、熱分解槽２内の感染医療廃棄物である廃プラスチックが乾熱滅菌される。

次に、冷却器４の電磁弁４３を閉じたまま、電動ダンパ２４を開いて排出管２３を開放した後、電気貫流ボイラ３００を作動させ、この電気貫流ボイラ３００内に軟水器を介して水タンク２００内の水を供給する。これにより、電気貫流ボイラ３００内で飽和蒸気が発生し、この飽和蒸気が電気貫流ボイラ３００から過熱蒸気供給管３へと送られる。過熱蒸気供給管３は通電により最高９００℃まで加熱され、これにより、過熱蒸気供給管３において電気貫流ボイラ３００から送られてきた飽和蒸気が２００〜７５０℃の過熱蒸気へと変化する。このようにして生じた過熱蒸気は過熱蒸気供給管３から熱分解槽２内へと放出され、熱分解槽２内はこの過熱蒸気及び過熱蒸気供給管３によって急速に加熱される。なお、電磁弁４３が閉じ、電動ダンパ２４が開いているため、熱分解槽２内の余剰の過熱蒸気は冷却器４には排出されず、排出管２３に排出される。熱分解槽２内の温度が上昇すると、熱分解槽２内の廃プラスチックが溶融し始める。このとき、攪拌器５のモータ５２を駆動させ、回転軸５１を所定の回転数で回転させると、攪拌器５が熱分解槽２内の溶融した廃プラスチックを攪拌する（図４参照）。

このように、熱分解槽２内の廃プラスチックを攪拌器５により攪拌しながら、熱分解槽２内の温度が２５０〜５００℃（第２の温度）となるまで熱分解槽２内の加熱を続ける。過熱蒸気供給管３の加熱量は、熱分解槽２内の温度が第２の温度を超えないよう、操作盤９のシーケンサにより自動制御される。熱分解槽２内の温度が第２の温度になった後、熱分解槽２内をこの第２の温度に所定時間（好ましくは１２０〜１５０分間）維持することにより、熱分解槽２内の廃プラスチックより熱分解ガスが生成される。

このようにして生成された熱分解ガスは、排出管２３より熱分解槽２の外に排出される。この熱分解ガスは、図７に示すように、スクラバー４００によって塩素が取り除かれ、触媒塔５００内の触媒に触れることによって低沸点のガスに改質される。改質された熱分解ガスは、凝縮装置６００へと供給され、凝縮装置６００の冷却タンク６０１内を通過し、冷却タンク６０１の外側面を流れる冷却水によって冷却凝縮される。これにより、熱分解ガスから油が生成される。凝縮装置６００において生成された油は、遠心分離機７００に送られ、この遠心分離機７００によって水分が分離される。遠心分離機７００によって水分が分離された油は、第１のＦＡフィルタ８０１を通過してホルムアルデヒドが除去された後、油タンク８００に貯蔵される。一方、遠心分離機７００によって油から分離された水分は、第２のＦＡフィルタ２０１を通過してホルムアルデヒドが除去された後、水タンク２００へと戻され、飽和蒸気の生成に再利用される。

ここで、熱分解ガス中には凝縮装置６００によって凝縮されない成分も含まれている。このため、凝縮装置６００の冷却タンク６０１では凝縮されなかったオフガスが、オフガス洗浄タンク９０１へと送り出される。オフガスは、オフガス洗浄タンク９０１で洗浄された後、オフガスタンク９０２に一旦収容された後、オフガス浄化器９０３に供給されて浄化・有機分解される。浄化・有機分解されたオフガスは、その後、オフガス浄化装置９００において殺菌され、排気ダクト９０４から大気中に排出される。

このように油化処理をした後、熱分解槽２内において熱分解ガス生成後の廃プラスチックの炭化処理を行う。詳述すると、電磁弁４３を閉じ電動ダンパ２４を開いたままの状態で、過熱蒸気供給管３を通電により最高９００℃まで加熱することで過熱蒸気供給管３内において５００〜７５０℃の過熱蒸気を発生させる。この過熱蒸気を過熱蒸気供給管３から熱分解槽２内に導入し、過熱蒸気及び過熱蒸気供給管３により、熱分解槽２内の温度を４５０〜６５０℃（第３の温度）まで上昇させる。過熱蒸気供給管３の加熱量は、熱分解槽２内の温度が第３の温度を超えないよう、操作盤９のシーケンサに0より自動制御される。熱分解槽２内の温度が第３の温度になった後、熱分解槽２内をこの第３の温度に所定時間（好ましくは１０〜２０分間）維持することにより、熱分解槽２内において残渣と呼ばれる炭化物が生成される。なお、炭化処理においても熱分解ガスがわずかに発生するが、この熱分解ガスについても前述の油化処理とは同ラインで回収される。

炭化処理の後、電気貫流ボイラ３００の作動を停止するとともに、過熱蒸気供給管３への通電を止めることで過熱蒸気供給管３の加熱を停止し、熱分解槽２を自然冷却させる。なお、冷却シャワー供給口２６より熱分解槽２内に冷却シャワーを供給し、熱分解槽２内を強制的に冷却することもできる。また、冷却シャワーと併せて、窒素ガス注入口２８より熱分解槽２内に窒素ガスを注入したり、送風機６により熱分解槽２に向かって送風したりしてもよい。

熱分解槽２を冷却した後、扉部２７を閉めた状態のまま、攪拌器５の回転軸５１をモータ５２により油化処理中の回転方向と逆方向に所定の回転数で回転させる。これにより、熱分解槽２内の残渣は扉部２７側へと運搬されて扉部２７近傍に集められるため、扉部２７からの残渣を容易に回収することができる。

以上のように、本実施形態に係る熱分解処理装置１は、熱分解槽２内に過熱蒸気を供給することにより、熱分解槽２内を効率よく加熱することができるため、熱分解槽２の容量を大きくすることができる。このため、処理対象の廃プラスチックを原型のまま熱分解槽２内に大量に投入することが可能となり、熱分解槽２内において滅菌処理と熱分解処理とを連続して行うことができる。この結果、油化処理全体の処理時間を短縮することができ、効率的に油化処理を行うことができる。また、本実施形態の熱分解処理装置１は、熱分解槽２内において、攪拌器５が熱分解槽２の底面と平行に設けられている。すなわち、攪拌器５の端部が熱分解槽２の上面に突出しないため、熱分解槽２の上面において廃プラスチックを投入するための扉部２を大きくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態において、過熱蒸気供給管３は熱分解槽２において前側壁面及び後側壁面に配置されていたが、熱分解槽２内に設けられていればこれに限定されず、熱分解槽２内に投入される廃プラスチックの形状等に応じて、熱分解槽２内の左右壁面や天井面、底面、中央部に設けてもよい。

また、上記実施形態において、加熱手段は過熱蒸気供給管３であったが、熱分解槽２内に設けられていればこれに限定されず、例えば、電熱ヒータ等であってもよいし、過熱蒸気供給管３と電熱ヒータ等とを併用してもよい。

また、上記実施形態において、過熱蒸気供給管３を通電により加熱することのみによって滅菌処理を行っていたが、過熱蒸気供給管３の加熱及び過熱蒸気供給管３を介して熱分解槽２に導入される過熱蒸気によって熱分解槽２内を加熱してもよい。詳述すると、滅菌処理の際、排出管２３の電動ダンパ２４及び冷却器４の電磁弁４３を閉じて熱分解槽２を密閉しておき、過熱蒸気供給管３を通電により最高９００℃まで加熱するとともに電気貫流ボイラ３００を作動させる。これにより、電気貫流ボイラ３００から過熱蒸気供給管３へと送られた飽和蒸気が過熱蒸気供給管３において２００〜７５０℃の過熱蒸気へと変化し、過熱蒸気が過熱蒸気供給管３から熱分解槽２内へ放出される。この過熱蒸気及び過熱蒸気供給管３自身の熱により、熱分解槽２内を１８０℃以上（第１の温度）になるまで加熱し、熱分解槽２内を第１の温度に少なくとも３０分間維持することで廃プラスチックの滅菌処理を行う。

このように過熱蒸気供給管３の自身の熱と過熱蒸気とを併用して滅菌処理を行う場合、冷却器４を使用することが好ましい。詳述すると、滅菌処理の際、電動ダンパ２４を閉じるとともに電磁弁４３を開いておくことで、熱分解槽２内の余剰の過熱蒸気が第１の導管４１ａを介して冷却管４２の内管へ導入される。この過熱蒸気は、冷却管４２の内管において、内管と外管との間を流れる冷却水により冷却凝縮され、その後、第２の導管４１ｂを介して熱分解槽２内に戻される（図６参照）。これにより、熱分解槽２内が高圧になるのを防止することができる。なお、冷却器４によって凝縮され水となった過熱蒸気を熱分解槽２の外で酸化チタン等の光触媒により殺菌し、再利用することもできる。また、冷却器４を使用せず、熱分解槽２から排出された余剰の過熱蒸気を焼却することもできる。この場合、過熱蒸気が外気に触れる前に焼却することが好ましい。

また、上記実施形態において、熱分解処理装置１は、滅菌処理及び熱分解処理を行っていたがこれに限定されず、滅菌装置として単独使用することもできる。

また、上記実施形態において、熱分解槽２は略直方体状であったがこれに限定されず、円柱状、多角柱状等種々の形状とすることができる。

また、上記実施形態において、攪拌器５は複数の羽根５３を有した形状となっていたが、熱分解槽２内の廃プラスチックを攪拌することができればこれに限定されず、スクリュー状等種々の形状とすることができる。

また、上記実施形態において、熱分解処理装置１は、図７に示されるような廃プラスチック油化処理システム１００に配置されていたが、これに限定されず、様々な公知の廃プラスチック油化処理システムに配置することができる。

１熱分解処理装置
２熱分解槽
２７扉部（排出口）
３過熱蒸気供給管
４冷却器（冷却手段）
５攪拌器
９操作盤（制御手段）

Claims

廃プラスチックを熱分解するための熱分解処理装置であって、
廃プラスチックを収容する熱分解槽と、
前記熱分解槽内に設けられており、前記熱分解槽内の廃プラスチックを加熱する加熱手段と、
前記熱分解槽内の温度を調整するために前記加熱手段の加熱量を制御する制御手段と、
を備えた熱分解処理装置。
前記加熱手段は、通電により自身が加熱されることで内部に供給される飽和蒸気を過熱蒸気へと変化させ、前記過熱蒸気を前記熱分解槽内に放出する、過熱蒸気供給管である、請求項１に記載の熱分解処理装置。
前記過熱蒸気を冷却するための冷却器を前記熱分解槽の外側にさらに備え、
前記冷却器は、前記熱分解槽から排出された過熱蒸気を冷却凝縮して前記熱分解槽内に戻す、請求項２に記載の熱分解処理装置。
回転軸が前記熱分解槽の内側底面に平行に延び、前記熱分解槽内の廃プラスチックを攪拌するための攪拌器をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の熱分解処理装置。
前記熱分解槽は、廃プラスチックを排出するための排出口が形成されており、
前記攪拌器は、前記熱分解槽内の廃プラスチックを前記排出口に向かって運搬する、請求項４に記載の熱分解処理装置。
前記制御手段は、前記熱分解槽内の温度が廃プラスチックを滅菌するための第１の温度及び廃プラスチックを油化するための第２の温度となるよう、前記加熱手段の加熱量を制御する、請求項１〜５に記載の熱分解処理装置。
前記制御手段は、前記熱分解槽内の温度が廃プラスチックを炭化するための第３の温度となるよう、前記加熱手段の加熱量を制御する、請求項６に記載の熱分解処理装置。