JP2015521213A - プラスチック材料をガス化および／または精製、特に解重合するための反応装置ならびに関連の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、プラスチック材料（１２）をガス化および／または精製、特に解重合するための反応装置に関し、該反応装置は、出発材料(１２)、特にプラスチック材料（１２）を収容するための反応容器（１４）と、反応容器（１４）に設けられており、かつ、金属浴の溶融温度（ＴＳｃｈｍｅｌｚ）を有する液体金属物質を含む金属浴（２６）と、該金属浴（２６）に入った多数の充填要素（２５）と、反応容器（１４）内のプラスチック材料（１２）を加熱するためのヒータ(１８)と、出発材料(１２)のガス化および／または精製中に発生する残留物質（３８）を少なくとも部分的に除去するための残留物質除去装置と、を有する。本発明によれば、該残留物質除去装置は、金属浴(２６)に浮いた残留物質（３８）をオーバフロー手段を介して除去することができるように、反応容器（１４）の中央に設けられたオーバフロー手段を有することが意図されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、プラスチック材料をガス化および／または精製、特に解重合するための反応装置であって、（ａ）出発材料(１２)、特にプラスチック材料（１２）を収容するための反応容器と、（ｂ）反応容器に設けられており、かつ、金属浴の溶融温度を有する液体金属物質を含む金属浴と、（ｃ）反応容器内のプラスチック材料を加熱するためのヒータと、（ｄ）出発材料のガス化および／または精製中に発生する残留物質を少なくとも部分的に除去するための残留物質除去装置と、を有してなる反応装置に関する。

このような反応装置は、特許文献１から公知であり、かつ、プラスチック、特にポリマーをガス化するために、使用され得る。この目的のために、プラスチックは、例えば押出機によって反応装置の反応容器に導入される。その中で、プラスチックは、金属浴と接触する。高温および金属浴の必要な場合には存する触媒効果は、プラスチックの解重合をもたらす。

出発材料は、完全に不活性かまたは完全にはガス化されていない物質を含んでいることがある。それ故に、残留物質が残る。これらの残留物質は、反応容器が連続的に運転可能なように、反応容器から除去されねばならない。残留物質の除去は、反応装置の経済的な操業に関して制限因子であることが明らかになった。

本発明の課題は、反応容器からの残留物質の除去を改善することである。 特許文献２は、廃棄物をガス化するための方法および装置を記載している。ここでは、パルス伝送によってスラグが回転されるように、ガス化される出発材料を、加熱されかつ既に液体スラグで充填された反応装置に導入することは好ましい。出発材料の有機成分がガス化され、無機成分が溶融されかつスラグによって吸収される。このことによって、スラグの体積の増加が生じる。スラグの体積が一定限度を越えるとき、スラグの一部は、反応装置の中央に立てられた管の側方の開口部を通ってウォーターバスに入る。そこで、スラグは固化する。

特許文献３は、ポリ塩化ビニルを前処理するための方法を開示する。ここでも、ＰＶＣは、回転式のスラグ浴に加えられる。スラグ浴では、ガス状部分は分離され、残りの物質は、スラグによって吸収される。ここでも、発生するスラグは、中央の排出手段を通ってウォーターバスに導入される。

WO2010/130404 DE 197 35 153 A1 DE 196 29 544 C2

本発明の課題は、反応容器からの残留物質の除去を改善することである。

本発明は、残留物質除去装置が、金属浴に浮いた残留物質をオーバフロー手段を介して除去することができるように、反応容器の中央に設けられたオーバフロー手段を有してなる、前提部分に記載の反応容器によって、問題を解決する。第２の態様によれば、本発明は、問題を、このタイプの反応装置を動作させるための方法であって、以下の工程、すなわち、（ｉ）残留物質がオーバフロー手段に達するように、金属浴のレベルを上昇させること、および（ｉｉ）残留物質をオーバフロー手段を介して除去すること、を有する方法によって、解決する。

（反応容器の）中央に設けられたオーバフロー手段が、残留物質を反応容器から効果的に除去するためには、特に適していることが明らかになった。例えば、オーバフロー手段は、常に、該オーバフロー手段を囲む金属浴と同じ温度を有することは、利点である。このことによって、残留物質が除去の際に冷却し、このことによって、張り付くことは、不可能である。

ガスの発生が、反応装置の動作中に、残留物質の搬出を促進することは、更なる利点である。すなわち、驚くべきことに、ガスの発生が、反応容器の内部空間の、径方向外側の縁部で、特に大きいことが明らかになった。そこに上昇するガス気泡は、金属浴のレベルを、時間平均でわずかに上げる。それ故に、金属浴上に浮いている残留物質は、径方向内側への力を被る。かくして、径方向内側への残留物質流が生じる。この残留物質流を、中央に設けられたオーバフロー手段によって、特に効果的に導き出すことができる。

残留物質が、好ましい流れ方向、すなわち、径方向内側に流れ方向を有するという驚くべき洞察から、更に、すべての残留物質が、比較的短時間後に、オーバフロー手段に達することが生じる。オーバフロー手段が径方向外側に設けられだろうならば、金属浴の表面には、在留物質が塊を形成し、かつ、最終的には、困難をもってのみ反応容器から除去され得るほどに、残留物質の滞留時間が、左程に高くてなる領域が生じることになる。

オーバフロー手段を中央に配置することは、例えば、張りついた残留物質を除去するためには、外部からの直接的な作用が、中央の排出手段を有しない反応装置より困難であるという欠点を有する。しかしながら、上記の利点は、この欠点を補って余りある。

反応容器は、動作中に、金属浴、充填要素および出発材料を収容する装置、特にその装置を意味する。

金属浴は、応装置の動作温度では液状である、液体金属の蓄積、特に金属溶融物を意味する。
特に、金属浴は、ウッドメタル、リポウィツ合金、ニュートン合金、リヒテンベルグ合金、および／またはガリウムおよびインジウムを含む合金からなる。金属浴は、通常、立方センチメートル当たり少なくとも９グラムの密度を有する。それ故に、プラスチック材料１２は、強力な浮力を受ける。金属材料の溶融温度は、特に少なくとも３００℃である。しかし、より低い溶融温度も可能である。溶融温度が高々６００℃であることは好ましい。反応装置の動作中に、金属浴は、３００℃から６００℃までの温度Ｔを有する。

好ましい実施の形態によれば、オーバフロー手段は、金属浴と熱的に接触している除去管によって形成されている。かようにして、除去管は、常に、金属浴と同じ温度を有する。それ故に、残留物質の、冷却によって引き起こされる張りつきが回避される。除去管が、金属管、特に、強磁性の金属管であることは好ましい。

ヒータは、特に、プラスチック材料を直接または間接に加熱することができる装置である。特に、ヒータは、反応装置の１つの構成要素を加熱することができる誘導ヒータである。例えば、充填要素は、誘電により加熱可能であるように、強磁性である。しかし、オーバフロー手段および／または反応容器が、充填要素に追加してまたは充填要素に代わって強磁性であることも考えられる。

出発材料は、特に、同様に金属浴を加熱する充填要素を加熱することによって、加熱される。そのとき、金属浴は、熱を、出発材料へ伝達する。

残留物質除去装置は、特に、ガス化および／または精製中に生じる、固体の、粘着性のおよび／またはペースト状の物質を除去することができる装置である。

好ましい実施の形態によれば、除去管には、機械的作用により残留物質を搬送するために形成されている残留物質搬送装置が設けられている。例えば、該残留物質搬送装置は、詰まらせる物を回避または取り除くために、除去管の内側に沿って掻き取ることができるスクリューコンベヤである。

除去管が、反応容器の反応容器内径の少なくとも１０分の１である管内径を有することは好ましい。かようにして、残留物質を効率的に除去することができる。

残留物質除去装置が、貯蔵容器および気密のロックを有し、それ故に、貯蔵容器が気密に除去可能であることは、好都合である。換言すれば、ガスが反応容器に浸入することができることなく、およびガスが貯蔵容器から漏れ出ることができることなく、貯蔵容器を反応容器から分離することは、可能である。かようにして、火災の危険性を減少させる。何故ならば、そうでないと、可燃性のガスが漏れ出ることになるからである。

以下、添付した図面を参照して本発明を詳述する。
本発明に係わる方法を実施するための、本発明に係わる反応装置を示す。

図１は、プラスチック材料１２、特にポリオレフィンポリマーの形態の出発材料をガス化するための反応装置１０を示す。該反応装置は、プラスチック材料１２を加熱するための、例えば実質的にシリンダ状の反応容器１４を有する。プラスチック材料は、押出機１６を介してプラスチック材料１４に導入される。

反応装置１０は、ヒータ、例えば誘導ヒータ１８を有する。該ヒータは、複数のコイル２０．１，２０．２，．．．,２０．４を有する。これらのコイルによって、交番磁界を、反応容器１４の内部空間２２に発生させる。コイル２０（小数点以下の数値を有しない参照符号は、物体自体を表わす）は、交流電流をコイルに印加する図示しない電源ユニットに接続されている。交流電流の周波数ｆは、４ないし５０ｋＨｚの範囲にある。より高い周波数は可能であるが、しかし、いわゆる表皮効果増加をもたらす。このことは、望ましくない。

反応容器１４の内部空間２２には、減速装置２４が設けられている。該減速装置によって、液化されたプラスチック材料１２の、上方への流れを、反応容器１４の中で遅くすることができる。減速装置２４は、内部空間２２の中で可動に設けられた、強磁性材料からなる多数の充填要素２５．１，２５．２、．．．を有する。これらの充填要素は、この場合、球半径Ｒを有する球によって形成されている。球半径Ｒは、例えば、０．５と５０ミリメートルの間にあってもよい。

強磁性の故に、充填要素２５は、誘導ヒータ１８によって加熱され、従って、反応容器１４内にある金属溶融物２６を加熱する。充填要素２５のような物体が、強磁性材料から形成されているという表現は、常に、この物体が２３℃の室温で強磁性を有することを意味する。

充填要素２５はキュリー温度Ｔ_Ｃ，２５を有する。この温度より上では、磁化率Ｘが急激に低下する。誘導ヒータによって放射された電磁場との結合は、従って、急激に減少し、充填要素２５の放熱は著しく減少する。誘導ヒータによる熱入力は、従って、熱い充填要素の場合には、冷たい充填要素の場合よりも低い。

金属溶融物２６は、Ｔ_{Ｓｃｈｍｅｌｚ}＝３００℃の融点を有し、かつ、充填高さＨ_{ｆｕｅｌｌ}まで反応容器１４の中へ注入されている。金属溶融物は、プラスチック材料と共に、充填要素２５の隙間を埋める。例えば、金属溶融物２６は、ウッドメタル、リポウィツ合金、ニュートン合金、リヒテンベルグ合金、および／またはガリウムおよびインジウムを含む合金からなる。金属溶融物２６は、通常、立方センチメートル当たり少なくとも９グラムの密度を有する。それ故に、プラスチック材料１２は、強力な浮力を受ける。この浮力によって、プラスチック材料１２は加速される。充填要素２５は、この加速を弱める。

反応容器１４内には、プラスチック材料１２が徐々に分解してなる反応温度Ｔ_Ｒより高い温度Ｔが支配的である。この工程で、上昇するガス気泡２８が形成される。金属溶融物２６は、分解過程に対し触媒効果を有することができる。それ故に、反応装置１０が、熱触媒解重合反応装置であり得る。押出機１６によって反応装置に供給されるプラスチック材料１２は、好ましくは反応容器１４の底部に設けられた入口開口部３０を通って、内部空間２２に達する。

減速装置２４は、保持装置、例えば、フレームに張り渡された格子を有してもよい。格子の網目は、充填要素２５が上へ通り抜けることができないほどに小さい。しかし、これは必要ではない。例えば、球の充填は、ここに示すように十分である。充填要素２５の、この場合では球の分布は、図１では、略示されているのみである。

浮力の故に、充填要素２５の一部分は、金属溶融物２６上に浮かんでおり、他部分は、更に上に位置している充填要素２５によって、金属溶融物２６の中へ押圧される。更に、充填要素２５は、一定の半径Ｒで図１に示されている。充填要素が可変の半径を有し、ただし、半径Ｒが例えば上方へ減少することも可能である。

図１は、反応容器１４の中央に設けられた除去管３６を示す。この除去管によって、金属浴に浮いている残留物質３８を除去することができる。除去管３６は、この場合には、反応容器１４の長手方向軸線Ｌに同軸に延びている。残留物質３８は、例えば、プラスチック材料１２のおよび／または必要な場合には反応装置に 供給された触媒３２の不純物である。該触媒を、押出機１６、または必要な場合には存在する第２の押出機によって、反応装置に供給することができる。

除去管３６は、管材料のキュリー温度Ｔ_Ｃ，３６を有する強磁性の管材料からなることができる。このことによって、除去管３６がＴ_Ｃ，３６に加熱されるのは、誘導ヒータ１８が、十分に高い電力で動作される場合である。管材料のキュリー温度Ｔ_Ｃ，３６は、例えば、充填要素のキュリー温度Ｔ_{Ｃ，２５，１}に対応してもよい。しかしまた、この温度は、これより低くても、高くてもよい。しかしまた、除去管３６が、非強磁性材料から、例えばオーステナイト鋼またはチタンから構成されていても、可能である。

反応容器１４は、少なくとも、内部空間２２に向いた面では、壁材から構成されている。壁材は、強磁性であってもよく、例えば鉄または強磁性鋼であってもよい。その代わりに、壁材は非磁性であってもよい。

壁材が強磁性であるときは、壁材は、壁材のキュリー温度Ｔ_Ｃ，１４を有する。このキュリー温度は、充填要素のキュリー温度Ｔ_Ｃ，２５よりも低くてよい。この場合、反応容器１４の壁部は、動作中は、充填要素２５よりも冷たい。

除去管３６は、汚染物質除去装置４０の一部である。プラスチック材料の典型的な不純物３８、例えば砂は、金属浴２６よりも低い密度を有するので、不純物は、浮遊しており、不純物を上で除去することができる。汚染物質除去装置４０は、更に、沈降タンク４８とも呼ばれる貯蔵容器を有する。該貯蔵容器には、残留物質が集まる。残留物質３８は、無機材料のほかに、まだ完全には解重合されない有機材料を含んでもよい。有機材料は、無機材料上に浮いており、底部側で、再循環導管５０を通って反応容器１４へ戻され得る。

反応装置１０は、更に、凝縮器４４に通じており、かつ発生したガスを除去するガス除去手段４２を有する。この凝縮器４４から出る液体材料は、コレクタ４６に達する。

前記反応装置を、出発材料として、プラスチック材料の代わりに、例えば廃油で作動させることができ、かつ、前処理のために使用することができる。

本発明に係わる方法は、まずレベルＨ_{ｆｕｅｌｌ}を上げることによって、例えば、反応容器１４に金属浴２６を供給することによって、実施される。このことは、金属材料の硬い金属球が、溶融するように、反応容器１４に挿入することによって、行なうことができる。プラスチック材料の流入が、特に、押出機をより高い出力で作動することによって、増大されることも可能である。このことによって、反応容器１４内に存する、ガス化プラスチック材料および非ガス化プラスチック材料の体積が増大する。それ故に、レベルＨ_{ｆｕｅｌｌ}が上がる。次に、残留物質３８を除去する。このことは、残留物質が、除去管を通って自動的に流れるか、あるいは、しかし、適切な装置によって、除去装置を通って、この場合には、除去管３６を通って、搬送されることを意味する。

ガス気泡の形成を低減するために、金属レベルの上昇の前にプラスチック材料の供給を減少させることは有利であり得る。このことは、より少ないガス気泡が生じ、従って、金属浴における飛散損失が減じられるという利点を有する。

金属浴のレベルの上昇およびオーバフローによる残留物質の除去後に、例えば、金属浴の溶融金属を排出することによって、レベルを再度低下させることは好ましい。

金属浴のレベルを、残留物質層が少なくとも１０ｃｍの層厚Ｈ_３８に設定されるように、調整することは、有利である。この層厚Ｈ_３８がこの数値を下回ることができるのは、オーバフローによる残留物質の除去のために、金属浴のレベルを上昇させるためである。

換言すれば、残留物質層の層厚Ｈ_３８が少なくとも１０ｃｍであるという特徴は、層厚Ｈ_３８が、押出機の動作時間の少なくとも７５％までにこの数値に達し、または、この数値を上回ることのように、理解される。層厚Ｈ_３８は、一方では金属浴と残留物質層との間の境界層から、他方では残留物質層の上端までの厚さである。層厚を制御することは好ましい。このことは、反応装置１０が、層厚Ｈ_３８を検出するために用いる図示しない層厚検出装置を有することを意味する。最大の層厚Ｈ_{３８、ｍａｘ}が前記数値を上回るとき、残留物質を除去するための上記方法を実施する。

１０ 反応装置
１２ プラスチック材料
１４ 反応容器
１６ 押出機
１８ 誘導ヒータ
２０ コイル
２２ 内部空間
２４ 減速装置
２５ 充填要素
２６ 金属浴
２８ 気泡ガス
３０ 入口開口部
３２ 触媒
３４ 外壁
３６ 除去管
３８ 残留物質
４０ 汚染物質除去装置
４２ ガス除去手段
４４ 凝縮器
４６ コレクタ
４８ 沈降タンク
５０ 再循環導管
Ｘ 磁化率
ｆ 周波数
Ｌ 長手方向軸線
Ｒ 球半径
Ｈ_{ｆｕｅｌｌ} 充填高さ、レベル
Ｈ_３８ 層厚
ｄ_１４ 反応容器の内径
ｄ_３６ 管の内径
Ｔ_{Ｓｃｈｍｅｌｚ} 金属浴の溶融温度
Ｔ 温度
Ｔ_Ｒ 反応温度
Ｔ_Ｃ，３６ 管材料のキュリー温度
Ｔ_Ｃ，２５ 充填要素のキュリー温度
Ｔ_Ｃ，１４ 壁材のキュリー温度

Claims (7)

1. プラスチック材料（１２）をガス化および／または精製、特に解重合するための反応装置であって、
   （ａ）出発材料(１２)、特にプラスチック材料（１２）を収容するための反応容器（１４）と、
   （ｂ）-前記反応容器（１４）に設けられており、かつ、
   -金属浴の溶融温度（Ｔ_{Ｓｃｈｍｅｌｚ}）を有する液体金属物質を含む
   金属浴（２６）と、
   （ｃ）該金属浴（２６）に入った多数の充填要素（２５）と、
   （ｄ）前記反応容器（１４）内の前記プラスチック材料（１２）を加熱するためのヒータ(１８)と、
   （ｅ）前記出発材料(１２)のガス化および／または精製中に発生する残留物質（３８）を少なくとも部分的に除去するための残留物質除去装置と、
   を有してなる反応装置において、
   (ｆ)該残留物質除去装置は、前記金属浴(２６)に浮いた前記残留物質（３８）をオーバフロー手段を介して除去することができるように、前記反応容器（１４）の中央に設けられたオーバフロー手段を有することを特徴とする反応装置。
2. 前記オーバフロー手段は、前記金属浴（２６）と熱的に接触している除去管（３６）によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
3. 前記除去管（３６）には、機械的作用により残留物質を搬送するために形成されている残留物質搬送装置が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の反応装置。
4. 前記除去管（３６）は、前記反応容器（１４）の反応容器内径（ｄ_１４）の少なくとも１０分の１である管内径（ｄ_３６）を有することを特徴とする請求項２または３に記載の反応装置。
5. 前記残留物質除去装置は、貯蔵容器（４８）および気密のロックを有し、それ故に、前記貯蔵容器（４８）は気密に除去可能であることを特徴とする請求項２または３に記載の反応装置。
6. プラスチック材料（１２）をガス化および／または精製、特に解重合するための反応装置（１０）を動作させるための方法であって、前記反応装置は、
   （ａ）プラスチック材料（１２）を収容するための反応容器（１４）と、
   （ｂ）-前記反応容器（１４）に設けられており、かつ、
   -金属浴の溶融温度（Ｔ_{Ｓｃｈｍｅｌｚ}）を有する液体金属物質を含む
   金属浴（２６）と、
   （ｃ）前記反応容器（１４）内の前記プラスチック材料（１２）を加熱するためのヒータ(１８)と、
   （ｄ）前記出発材料(１２)のガス化および／または精製中に発生する残留物質（３８）を少なくとも部分的に除去するための残留物質除去装置であって、前記金属浴(２６)に浮いた前記残留物質（３８）をオーバフロー手段を介して除去することができるように、前記反応容器（１４）の中央に設けられたオーバフロー手段を有する残留物質除去装置と、を具備し、以下の工程、すなわち、
   （ｉ）残留物質（３８）がオーバフロー手段（３６）に達するように、前記金属浴（２６）のレベルを上昇させること、および
   （ｉｉ）前記残留物質（３８）を前記オーバフロー手段（３６）を介して除去すること、を有する方法。
7. 以下の工程、すなわち、
   -プラスチック材料（１２）を前記反応容器（１４）に供給すること、
   -ただし、前記反応容器（１４）へのプラスチック材料（１２）の供給および／または前記金属浴（２６）のレベルの調整を、該金属浴（２６）上に残留物質（３８）の残留物質層が形成されるように、行ない、
   -前記残留物質層の層厚（Ｈ_３８）は少なくとも１０センチメートルであること、を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。

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