JP2022130319A - 廃プラスチック油化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】配管の詰まりを防止し、メンテナンスによる停止時間を削減するこが可能となり、稼働率を高めることが可能な廃プラスチック油化装置を提供すること。【解決手段】廃プラスチック油化装置1は、廃プラスチックP0を溶融しながら送る押出し機11と、溶融プラスチックP1を熱分解し熱分解ガスG0を生成する一次熱分解槽10と、熱分解ガスG0を低沸点の分解ガスG1と高沸点の液化成分K0とに分離し、かつ液化成分K0を再加熱し分解ガスG1を生成する二次熱分解槽12と、分解ガスG1を凝縮する凝縮槽13と、凝縮槽13で凝縮された液化成分K1を貯留する貯油槽14とを有している、廃プラスチック油化装置1は、二次熱分解槽12より下流側の配管47の詰まりを防止することによって、メンテナンスによる停止時間を削減し、稼働率を高めることが可能となる。【選択図】図1
Description
本発明は、廃プラスチック油化装置に関する。
近年、使用後に廃棄されるプラスチック製品、プラスチック製品の製造過程で出たプラ スチックの残滓などプラスチックを主成分とする廃プラスチックなどの処理は、世界共通の課題になってきている。廃プラスチックを処理する方法としては、焼却や熱分解により減容化して廃却するなどの方法が主流であった。しかし、資源の有効活用の視点から廃プラスチックを熱分解することによって熱分解ガスを回収し、この熱分解ガスを凝縮して得られた液化成分(生成油)を再利用する廃プラスチック油化装置が注目されている。一般に、油化(油化還元ともいう)が可能なプラスチックは、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート及びポリエチレンなどの熱可塑性プラスチックである。
廃プラスチックを熱分解することによって得られる熱分解ガスは炭化水素ガスであって、高沸点成分から低沸点成分が含まれている。この高沸点成分は液化すると粘性が高くなる成分であり、熱分解槽から凝縮槽に至る配管内部やフィルタなどに滓(澱ともいう)となって付着し、詰まりを発生させるおそれがある。
特許文献1には、熱分解槽(反応釜)と、熱分解槽で生成された熱分解ガスを冷却し液化する冷却器とを有する廃プラスチック油化装置が開示されている。この冷却器は熱分解ガスを流通させる胴体及び胴体内に配設される冷却伝熱管を有し、冷却伝熱管の内部に冷却水を流して胴体内に流通する熱分解ガスを冷却するというものである。この廃プラスチック油化装置は、冷却によって得られる低分子量の炭化水素、冷却によって固体となる物質を含む凝縮液、及び冷却伝熱管の外面に沿って流れる液膜の流下液(熱分解油となる)との混合液は固体分離槽に入り、混合液の清澄液を生成油として回収するというものである。
また、特許文献2には、熱分解槽(熱分解釜)と、熱分解槽で生成された熱分解ガスを還流させる還流塔とを有する廃プラスチック油化装置が開示されている。この還流塔は、熱分解ガスの高沸点成分を分離して熱分解槽に戻し、再び熱分解するというものである。この廃プラスチック油化装置は、高沸点成分が熱分解槽以降の装置や配管に汚れ成分の付着が生じることを抑制し、配管などが詰まってしまうことを防止しようとしている。
上記特許文献1の廃プラスチック油化装置においては、低分子量の炭化水素、凝縮液及び液膜の流下液の混合液は固液分離槽に潮流される。固体分離槽において、固体は比重差によって重力沈降し、液体中に浮遊する一部の固体はフィルタで濾別され、固体除去後の清澄液は使用可能な生成油として回収される。しかし、液体中に浮遊する一部の固体をフィルタによって濾別していることから、いずれフィルタが詰り、フィルタの交換を行わなければならず、廃プラスチック油化装置の稼働率を低下させる。
また、特許文献2の廃プラスチック油化装置は、還流塔で熱分解ガスを低沸点成分と高沸点成分とに分離し、低沸点成分を凝縮して使用可能な生成油として回収するというものである。還流塔内では熱分解ガスを還流させているが、還流塔は高さ位置によって温度差が生じるため、低沸点成分に高沸点成分が混在することがある。このことから、いずれ還流塔以降の配管を詰まらせてしまうことが考えられる。配管の詰まりは、廃プラスチック油化装置の稼働率を低下させる。
そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、熱分解ガスに含まれる高沸点成分の一部が滓となって配管の内面に付着することによる配管の詰まりを防止し、メンテナンスによる停止時間を削減することが可能な廃プラスチック油化装置を提供しようとするものである。
[1]本発明の廃プラスチック油化装置は、原料である廃プラスチックを溶融しながら送る押出し機と、溶融した前記廃プラスチックを熱分解し熱分解ガスを生成する一次熱分解槽と、前記熱分解ガスを冷却し低沸点の分解ガスと高沸点の液化成分とに分離し、かつ、前記液化成分を加熱し低沸点の前記分解ガスを生成する二次熱分解槽と、低沸点の前記分解ガスを集めて凝縮する凝縮槽と、前記凝縮槽で凝縮され生成された生成油を貯留する貯油槽と、前記二次熱分解槽と前記凝縮槽を接続する配管、及び前記凝縮槽と前記貯油槽とを接続する前記配管と、を有していることを特徴とする。
[2]本発明の廃プラスチック油化装置においては、前記二次熱分解槽は、水平に配設される筒体、前記筒体の水平方向端部の少なくとも一方の開口部に設けられる着脱可能な蓋部材及び前記筒体の周りに配置されるヒータを有し、前記筒体の上部には、前記一次熱分解槽から前記二次熱分解槽に前記熱分解ガスを導入する導入管、及び前記二次熱分解槽と前記凝縮槽とを接続する配管が管継手によって着脱可能に接続され、前記筒体の内部に滞留した前記液化成分を外部に排出する排出管が接続されていることが好ましい。
[3]本発明の廃プラスチック油化装置においては、前記筒体には、前記排出管より上流側に前記筒体の内部に滞留した前記液化成分をオーバーフローさせるオーバーフロー堰が設けられていることが好ましい。
[4]本発明の廃プラスチック油化装置においては、前記二次熱分解槽は、前記導入管に接続する領域と前記配管に接続する領域とに前記筒体の内部を区画し、かつ、気体が通過することが可能な小孔を有する第1隔壁、及び、前記第1隔壁の下方側において、前記筒体の内部を上下に区画し、かつ、気体及び液体を通過させることが可能な小孔を有する第2隔壁33をさらに有し、前記第1隔壁又は前記筒体の底部の少なくとも一方に触媒が配置されていることが好ましい。
[5]本発明の廃プラスチック油化装置においては、前記凝縮槽で液化されなかった前記分解ガスを導入する水封器、及び前記水封器に接続され前記水封器に導入された前記分解ガスを外部に排出する排ガス分解処理装置をさらに有していることが好ましい。
[6]本発明の廃プラスチック油化装置においては、前記凝縮槽で液化されなかった前記分解ガスを導入し前記凝縮槽より低温で凝縮する第2凝縮槽と、前記第2凝縮槽で液化されなかった前記分解ガスを導入し前記第2凝縮槽より低温で凝縮する第3凝縮槽と、をさらに有していることが好ましい。
本発明の廃プラスチック油化装置は、一次熱分解槽で廃プラスチックを加熱分解して生成された熱分解ガスを冷却し、二次熱分解槽で一旦、低沸点の分解ガスと高沸点の液化成分とに分離する。この際、高沸点の液化成分を二次熱分解槽に一次留め、液化成分を再加熱することによって、低沸点の分解ガスの生成を促進する。ガス化されずに二次熱分解槽に残った高沸点の液化成分は回収される。このような構成にすることよって、低沸点の分解ガスを凝縮して軽油や灯油などの生成油を回収することが可能となり、高沸点の液化成分が配管の内面に滓となって付着し配管が詰まってしまうことを防止し、メンテナンスのための停止時間を削減することが可能となり、廃プラスチック油化装置の稼働率を高めることが可能となる。
以下、本発明の実施の形態に係る廃プラスチック油化装置1について図面を参照しながら説明する。なお、以降の説明において廃プラスチック油化装置1を簡略して油化装置1と記載することがある。廃プラスチック油化装置1において油化対象となる廃プラスチックP0は、使用後に廃棄されるプラスチック製品、プラスチック製品の製造過程で出たプラスチックの残滓などであり、例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、発泡スチロール(発泡スチレン)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、塩化ビニルなどの熱可塑性プラスチックである。
図1は、油化装置1の主要構成を示す構成説明図である。油化装置1は、原料である廃プラスチックP0を加熱溶融しながら一次熱分解槽10に送り込む押出し機11、及び一次熱分解槽10で溶融した溶融プラスチックP1を加熱分解して生成された熱分解ガスG0を所定温度で冷却し低沸点の分解ガスG1と、分解ガスG1より高沸点の液化成分K0とに分離する二次熱分解槽12を有している。油化装置1は、二次熱分解槽12の下流側に、分解ガスG1を集めて所定の油成分の液化成分K1に凝縮する凝縮槽13、凝縮槽13で得られた液化成分K1を貯留する貯油槽14、及び凝縮槽13で液化されなかった分解ガスG2及び貯油槽14で発生することがあるガスを含む分解ガスG3を導入する水封器15を有している。凝縮槽13で凝縮された液化成分K1は、回収対象の生成油である。なお、図1に記載の二次熱分解槽12は、後述する第1例を記載している。
一次熱分解槽10は、底部が円錐形状の本体部21と、本体部21の外周に配設されるヒータ22Aと、本体部21の内部において加熱溶融された溶融プラスチックP1を撹拌する撹拌機23とを有している。なお、以降の説明では、原料の廃プラスチックP0に対して溶融された廃プラスチックP0を溶融プラスチックP1と記載する。本体部21は、ベース台24の上部に配置されている。ヒータ22Aは、例えば、赤外線ヒータ、高周波コイルあるいは電熱線などである。赤外線ヒータは、任意の形状に成形することが可能であり温度管理がしやすい。また、高周波コイルを用いる場合は、本体部21の材質は鉄又は鉄系合金とし高周波加熱が可能な構成とする。
撹拌機23は、回転軸25と、回転軸25の本体部21の底部側先端に固定された撹拌羽根26と、本体部21の外部上方に設けられ撹拌羽根26を回転するモータ27とから構成されている。撹拌機23は、溶融プラスチックP1を撹拌羽根26で撹拌して溶融プラスチックP1の温度を均一化する機能と、本体部21の底部に付着する溶融プラスチックP1の残滓を掻き取る機能を備えている。本体部21の内部には温度を検出する温度センサー(図示は省略)が配置され、ヒータ22Aへの供給電力を制御して内部温度を適切に管理している。一次熱分解槽10の温度は450℃~500℃である。
本体部21の上部には、本体部21内にゼオライトなどの吸着材を投入する投入口28が設けられている。ゼオライトは本体部21内の水分吸着機能や臭気吸着(防臭)機能を有する。なお、ゼオライトは、投入される廃プラスチックP0が十分に洗浄及び乾燥されている場合には省略することができる。本体部21の底部には、溶融プラスチックP1の残滓を除去するための残滓排出口29が設けられている。また、図示は省略するが、本体部21の内部が所定以上の圧力になったときに熱分解ガスG0を外部に逃がすベントを設けるようにしてもよい。このベントには、有害物質や粒子などを除去するフィルタを設けることが望ましい。
図示は省略するが、押出し機11は、外周にヒータ(バンドヒータなど)が配設された加熱筒35と、加熱筒35の内部で回転するスクリュー36とで構成される、いわゆるスクリュー型押出し機である。ホッパー37から投入された廃プラスチックP0は、加熱筒35内で流動化温度まで加熱溶解されながらスクリュー36によって一次熱分解槽10に送り込まれる。加熱筒35内の温度は、熱可塑性プラスチックの溶融可能温度である250℃以上とする。一次熱分解槽10には押出し機11から溶融プラスチックP1が供給される。一次熱分解槽10に溶融プラスチックP1を供給することによって、一次熱分解槽10の内部温度の変動を抑え、熱分解ガスG0を効率よく生成することが可能となる。
スクリュー36は、外部に設けられたモータ38によって一方向に回転される。モータ38には駆動輪39が軸止され、スクリュー36には従動輪40が軸止されている。駆動輪39及び従動輪40にはベルト41が懸架され、モータ38の回転がスクリュー36に伝達される。ホッパー37には、投入補助具42が設けられている。投入補助具42は、ホッパー37内で廃プラスチックP0に常時又は定期的に振動を与え、ホッパー37の目詰まりを防止する。押出し機11及びモータ38は、支持台43に取付けられている。なお、廃プラスチックP0は、押出し機11に投入する前に、粉砕(裁断)、洗浄及び乾燥しておくことが好ましい。
二次熱分解槽12は水平(正確な水平でなくてもよい)に配設される筒体45を有し、筒体45には、一次熱分解槽10から熱分解ガスG0を導入する導入管46が接続され、二次熱分解槽12で生成された分解ガスG1を凝縮槽13に送る配管47が接続されている。導入管46及び配管47は、各々フランジ型の管継手48によって筒体45に接続されており、筒体45は導入管46及び配管47に容易に着脱することが可能な構成である。図示は省略するが、導入管46の一次熱分解槽10に近い位置には、熱分解ガスG0の急激な温度低下を防ぐための断熱材が巻かれている。図示は省略するが、温調器49はヒータと冷媒供給管とから構成され、冷媒としての冷却水Wは冷却装置(図示は省略)から供給される。
なお、二次熱分解槽12は、鉛直方向(縦型)に配設することも可能である。但し、縦型よりも横型(水平)にした方が二次熱分解槽12内の温度の均一性が保持しやすいことから、水平配置にする方がより好ましい。
本例においては、二次熱分解槽12の温度は300℃~400℃の範囲で適宜設定される。二次熱分解槽12の温度を300℃にした場合、熱分解ガスG0は、炭化水素の分子式(CnH2n+2)においてnが17、18、19の高沸点の液化成分K0と、nが16以下の低沸点の分解ガスG1とに分離される。液化成分K0は主として重油成分であり、二次熱分解槽12(筒体45)の下方側に滞留する。二次熱分解槽12では、筒体45に溜まった液化成分K0を再加熱することによって液化成分K0に混在している分解ガスG1の生成を促す。なお、液化成分K0には一次熱分解槽10で発生した微粒子が混在し筒体45に重力沈降する。二次熱分解槽12は温度センサ(図示は省略)を有し、二次熱分解槽12内の温度を管理している。二次熱分解槽12に溜まった微粒子を含みガス化されなかった液化成分K0は、排出管50Aから回収槽51に排出し回収される。なお、図示は省略するが、二次熱分解槽12内に、高沸点の液化成分K0からの低沸点の分解ガスG1の生成を促進するためのゼオライトなどの触媒を配置することが好ましい。
一次熱分解槽10において、溶融プラスチックP1を熱分解する温度は400℃~450℃とすることが一般的であり、450℃~500℃の高温にすれば溶融プラスチックP1の熱分解の効率を高めることができることが知られている。しかし、一次熱分解槽10を高温にすると炭化物が発生し、炭化物は熱分解ガスG0に混在して下流側に送られ、一次熱分解槽10より下流の導入管46や配管47内面に付着する滓の原因となり、導入管46や配管47を詰まらせる。二次熱分解槽12では、下方に溜まった炭化物を含む液化成分K0を回収することができるため、一次熱分解槽10を450℃~500℃の高温にすることが可能となる。二次熱分解槽12の構成については、図2を参照して後述する。
なお、分解ガスG1には高沸点成分が含まれることがあり、分解ガスG1を配管47内で冷却すると、配管47の内面に液化成分K0が滓となって付着することが考えられる。しかし、導入管46に比べ配管47の直径を十分に太くし、配管47の立ち上がり部分に配設される温調器49で配管47内を通過する分解ガスG1の温度を270℃~300℃に管理することによって、分解ガスG1に含まれる高沸点成分が液化し二次熱分解槽12に落下する。低沸点の分解ガスG1は凝縮槽13に送られる。二次熱分解槽12の温度を400℃付近にした場合には、分解ガスG1は熱分解ガスG0とほぼ同じ組成のガス成分となる。そこで、配管47の立ち上がり部分に温調器49を設けることによって、高沸点成分を液化し二次熱分解槽12に戻す。二次熱分解槽12に落下する液化成分K0は筒体45に滞留し再加熱される。温調器49より下流側の配管47には分解ガスG1を通過させることになるため、配管47に詰まりを発生するおそれはない。なお、回収槽51において回収された液化成分K0から低沸点のガスが発生することがある。そこで、回収槽51と凝縮槽13とを配管50Bで接続し、回収槽51で発生したガスを凝縮槽13に導入する。
二次熱分解槽12で生成された分解ガスG1は、温調器49で270℃~300℃に冷却され配管47を通って凝縮槽13に送られる。凝縮槽13の外側には螺旋状に巻かれた冷却管44が配設されており、冷却水Wが下方側から螺旋状に供給され上方側から排出される。凝縮槽13で凝縮された液化成分K1は生成油であり、軽油成分である。凝縮槽13と貯油槽14とは、配管54で接続され、液化成分K1は配管54を通って貯油槽14に送られる。凝縮槽13と貯油槽14の液位は同じになる。なお、凝縮槽13において、液化されなかった分解ガスG2は、配管52を通って貯油槽14に送られる。
分解ガスG2は冷却器61で50℃以下に冷却され貯油槽14に送られる。この分解ガスG2は貯油槽14で生じるガスとともに分解ガスG3として配管55を通って水封器15に送られる。分解ガスG3は、炭化水素の分子式でnが5以下のエタンやメタンなどを含む燃焼性ガスである。水封器15には液体56が封入されている。配管55の先端は液体56中に埋没させている。液体56は、例えば、水であって分解ガスG3はほとんど溶融しない。分解ガスG3は、液面より上部の空間に浮上し、排出管57から排出される。水封器15の主な役割は油化装置1の一次熱分解槽10より下流側の系の圧力を動圧にするためのものであり、分解ガスG1,G2,G3は逆流しない。配管55の先端は水面下にあるため、この先端の圧力は配管55の液面の液圧に等しい。配管55の先端が水面より深すぎると二次熱分解槽12の圧力を高くする必要があり、分解ガスG1,G2の流動効率が低下することになる。このことから、水封器15は、液面を一定に保ち、配管55の埋没深さを約10mmとしている。配管55の先端を液面下にするのは、何らかの故障で一次熱分解槽10から凝縮槽13までの系の温度が下がった時に空気がこの系に侵入することを防ぐためでもある。
水封器15を装備することによって、燃焼性ガスである分解ガスG2が凝縮槽13、二次熱分解槽12、及び一次熱分解槽10に逆流することを防止することができる。なお、貯油槽14と水封器15との間に液体トラップ槽(図示は省略)を設けるようにしてもよく、液体トラップ槽を設けることによって、分解ガスG2の逆流防止効果を高めることが可能となる。
分解ガスG3は、水封器15、排出管57を通って排ガス分解処理装置62に導入される。排ガス分解処理装置62は、触媒を用いて揮発性有機化合物である分解ガスG3を炭酸ガスと水(水蒸気)に分解し排ガスGhとして外部に排出する。分解ガスG3は、焼却装置などで焼却してから排出することも可能である。続いて、二次熱分解槽12の構成を図2及び図3を参照し第1例、第2例についてさらに説明する。
図2は、第1例に係る二次熱分解槽12の構成を示す断面図である。二次熱分解槽12は筒体45を有している。筒体45には、一次熱分解槽10から熱分解ガスG0を導入する導入管46、及び二次熱分解槽12で生成された分解ガスG1を凝縮槽13に送り出す配管47が接続されている。筒体45の図2に示す右方の下部には、分離された液化成分K0を回収槽51(図1参照)に排出する排出管50Aが接続されている。筒体45は、図2に示すように、左方の端部に開口部58を有している。開口部58は、蓋部材59で閉鎖されている。蓋部材59は、筒体45に対して螺合固定されるものであって、着脱可能に構成されている。なお、右方側端部に開口部58及び蓋部材59を設ける構成としてもよく、両端部に開口部58及び蓋部材59を設ける構成とすることも可能である。また、筒体45と蓋部材59との間に、耐熱性及び耐薬品性を有するシール材を配置することがより好ましい。
筒体45には、排出管50Aの上流側付近に液化成分K0をオーバーフローさせるオーバーフロー堰60が設けられている。なお、以降の説明において、排出管50Aに対して導入管46側を上流側とする。分解ガスG1は配管47を通り凝縮槽13に送られる。液化成分K0は二次熱分解槽12に一時的に滞留するが、二次熱分解槽12で300℃~400℃で再加熱することによって、分解ガスG1が生成され凝縮槽13に導入される。液化成分K0の量が分解ガスG1の生成量よりも多くなったときには、液化成分K0は、オーバーフロー堰60をオーバーフローし、排出管50Aを通って回収槽51(図1参照)に排出される。すなわち、オーバーフロー堰60は、筒体45が液化成分K0で充填されることを防ぐ安全弁となる。なお、二次熱分解槽12を300℃~400℃で維持するために、筒体45の周囲にはヒータ22Bが配設されている。
二次熱分解槽12(筒体45)は、図1に示すように、導入管46及び配管47に対して管継手48によって着脱可能な構成であることから、導入管46及び配管47から筒体45を容易に取り外すことが可能である。同様に、図示は省略するが、排出管50Aに対しても筒体45を取り外すことが可能な構成としている。従って、筒体45を導入管46、配管47及び排出管57から取り外して単体とし、蓋部材59を取り外せば、筒体45の内部の洗浄を容易に行うことができる。
図3は、第2例に係る二次熱分解槽12Aの構成を示す断面図である。なお、二次熱分解槽12と同じ構成部分には、図1及び図2と同じ符号を付している。二次熱分解槽12Aは、上記第1例の二次熱分解槽12と同様な機能、作用を有するが、分解ガスG1の生成をより高効率で行うことを可能にするものである。二次熱分解槽12Aは、略水平に配置される筒体45を有している。筒体45には、一次熱分解槽10から熱分解ガスG0を導入する導入管46が接続され、二次熱分解槽12Aで生成された分解ガスG1を凝縮槽13に送り出す配管47が接続されている。導入管46及び配管47は、各々フランジ型の管継手48によって接続されており、筒体45は導入管46及び配管47に対して容易に着脱することが可能な構成である。左右両側の開口部58は、一方側だけとすることが可能である。
筒体45は、図3に示すように、左右両側の端部に開口部58を有し、開口部58は蓋部材59で閉鎖されている。蓋部材59は、筒体45に対してフランジなどの管継手30によって着脱可能に固定されている。筒体45と蓋部材59との間に、耐熱性及び耐薬品性を有するシール材を配置することがより好ましい。第2例においても、筒体45を導入管46、配管47及び排出管57から取り外して単体とし、蓋部材59を取り外せば、筒体45の内部の洗浄を容易に行うことができる。
二次熱分解槽12Aは、導入管46に接続する領域と、配管47を介して貯油槽14に接続する領域とに区画する気体が通過することが可能な小孔を有する網目状の第1隔壁31を有している。第2隔壁33の上面には、触媒32Aが気体を通過させることが可能な状態で配置されている。なお、第1隔壁31は、表裏両面又は表面に触媒32Aを担持させたものを使用することが可能である。触媒32Aは、二次熱分解槽12A内において、分解ガスG1に混在する高沸点ガスからの低沸点の分解ガスG1の生成を促進させる。触媒32Aは、例えば、ハイシリカゼオライトなどの合成ゼオライトを使用できる。
二次熱分解槽12Aは、第1隔壁31の下方側において、筒体45を上下に区画し気体又は液体を通過させることが可能な小孔を有する網目状の第2隔壁33を有している。第2隔壁33は、液化成分K0の突沸を防ぐために設けられている。筒体45は、排出管50Aの上流側の近傍に第2隔壁33から底部に達するオーバーフロー堰60が設けられている。二次熱分解槽12Aにおいて、液化成分K0の量が分解ガスG1の生成量より増加した際に、液化成分K0は、オーバーフロー堰60をオーバーフローし、排出管50Aを通って排出される。すなわち、オーバーフロー堰60は、筒体45が液化成分K0で充填されることを防ぐ安全弁となる。
筒体45内の底部には、触媒32Bが配置される。触媒32Bは、液化成分K0からの低沸点の分解ガスG1の生成を促進させる。触媒32Bは、触媒32Aと同じものでもよく、異なるものでもよい。なお、図示は省略するが、筒体45の内部には温度センサーが配置され、ヒータ22Bへの供給電力を制御して内部温度を適切に管理している。二次熱分解槽12Aの内部温度は300℃~400℃に管理される。一次熱分解槽10で生成した高沸点の熱分解ガスG0は、温調器49(図1参照)によって270℃~300℃に冷却し液化成分K0として二次熱分解槽12Aに一旦駐留する。液化成分K0は、第2隔壁33の網目を通って底部に溜まり、300℃~400℃に再加熱することによって、低沸点の分解ガスG1が生成される。
以上説明したように、廃プラスチックP0を熱分解して得られる熱分解ガスG0は、分子式がCnH2n+2で表される炭化水素である。ここで、高沸点の熱分解ガスG0を熱分解して低沸点の分解ガスG1を生成する際に、化学式において長鎖の両端部に水素Hが不足し不安定になる。そこで、筒体45に水素H又は水素イオンH+を導入する水素導入口20を設けている。
油化装置1は、生成油として軽油を回収するための例であるが、多種の生成油を回収するための油化装置2に適用することが可能である。このことについて適用例1として図4を参照して説明する。
(適用例1)
図4は、適用例1に係る油化装置2の構成を簡略化して示す構成説明図である。なお、図4は、油化装置1との共通部分には図1と同じ符号を付している。適用例1の構成において、一次熱分解槽10から貯油槽14までの構成は図1の構成例と同じである。図4に示すように、油化装置2は、一次熱分解槽10から順に、二次熱分解槽12、凝縮槽13、第2凝縮槽65及び第3凝縮槽66が、ほぼ水平に配設されている。一次熱分解槽10、二次熱分解槽12、凝縮槽13、貯油槽14までの構成は油化装置1と同じであることから説明を省略する。凝縮槽13で凝縮された液化成分K1は軽油である。液化成分K1は、冷却器61で50℃以下に冷却され貯油槽14に送られる。凝縮槽13、第2凝縮槽65及び第3凝縮槽66の構成は同じであるが、管理温度が異なる。
図4は、適用例1に係る油化装置2の構成を簡略化して示す構成説明図である。なお、図4は、油化装置1との共通部分には図1と同じ符号を付している。適用例1の構成において、一次熱分解槽10から貯油槽14までの構成は図1の構成例と同じである。図4に示すように、油化装置2は、一次熱分解槽10から順に、二次熱分解槽12、凝縮槽13、第2凝縮槽65及び第3凝縮槽66が、ほぼ水平に配設されている。一次熱分解槽10、二次熱分解槽12、凝縮槽13、貯油槽14までの構成は油化装置1と同じであることから説明を省略する。凝縮槽13で凝縮された液化成分K1は軽油である。液化成分K1は、冷却器61で50℃以下に冷却され貯油槽14に送られる。凝縮槽13、第2凝縮槽65及び第3凝縮槽66の構成は同じであるが、管理温度が異なる。
凝縮槽13において液化されなかった分解ガスG2、及び貯油槽14で発生したガスは、第2凝縮槽65に送られ所定の温度で凝縮される。凝縮された液化成分K2は冷却器61で50℃以下に冷却され生成油として貯油槽67に駐留される。第2凝縮槽65において液化されなかった分解ガスG4、及び貯油槽67で発生したガスは、第3凝縮槽66に送られ所定の温度で凝縮される。凝縮された液化成分K3は冷却器61で50℃以下に冷却され生成油として貯油槽68に貯留される。第3凝縮槽66で液化されなかった分解ガスG4及び貯油槽68で発生したガスは、水封器15に送られ、排ガス分解処理装置62(図1参照)で、炭酸ガスと水(水蒸気)分解され外部に排出される。
例えば、凝縮槽13の温度を300℃とすると生成される液化成分K1は軽油である。第2凝縮槽65の温度を190℃~260℃とすると生成される液化成分K2は灯油である。第3凝縮槽66の温度を60℃~170とすると生成される液化成分K3はガソリンである。なお、凝縮槽13、第2凝縮槽65、第3凝縮槽66の上流側には、それぞれ温調器49が配設されており、各凝縮槽に入る手前の分解ガスG1,G2,G3を各凝縮槽の設定温度と同じ温度に冷却している。
以上説明した油化装置1は、原料である廃プラスチックP0を溶融しながら送る押出し機11と、溶融プラスチックP1を熱分解して熱分解ガスG0を生成する一次熱分解槽10と、熱分解ガスG0を低沸点の分解ガスG1と、高沸点の液化成分K0とに分離し、液化成分K0を加熱し低沸点の分解ガスG1を生成する二次熱分解槽12とを有している。油化装置1は分解ガスG1を集めて凝縮する凝縮槽13と、凝縮槽13で凝縮された生成油としての液化成分K1を貯留する貯油槽14と、二次熱分解槽12と凝縮槽13を接続する配管47、及び凝縮槽13と貯油槽14を接続する配管52とを有している。
油化装置1は、一次熱分解槽10で廃プラスチックP0を加熱分解し生成された熱分解ガスG0を冷却して二次熱分解槽12に導入し、二次熱分解槽12で分解ガスG1と、高沸点成分の液化成分K0とに分離する。二次熱分解槽12は、溜まっている液化成分K0をさらに加熱し、分解ガスG1を生成する。分解ガスG1は凝縮槽13で凝縮され、有用な軽油などの液化成分K1として回収する。二次熱分解槽12に滞留し加熱後もガス化されなかった液化成分K0は沈降した微粒子とともに回収槽51に回収される。従って、高沸点成分が二次熱分解槽12より下流側の配管47の内面に滓となって付着することによる詰まりを防止することが可能となる。そのことによって、油化装置1は、メンテナンスのための停止時間を削減することが可能となり、稼働率を高めることが可能となる。また、二次熱分解槽12を設けることによって、一次熱分解槽10の温度を450℃~500℃にすることができ、廃プラスチックP0の熱分解を促進することが可能となる。
また、二次熱分解槽12は、水平に配設される筒体45、筒体45の水平方向端部の少なくとも一方の開口部58に設けられる着脱可能な蓋部材59、及び筒体45の周りに配置されるヒータ22Bを有している。筒体45の上部には、一次熱分解槽10から二次熱分解槽12に熱分解ガスG0を導入する導入管46、及び二次熱分解槽12と凝縮槽13とを接続する配管47が管継手48によって着脱可能に接続されている。筒体45の下部には、液化成分K0を外部に排出する排出管50Aが接続されている。
二次熱分解槽12(筒体45)を水平に配置することによって、二次熱分解槽12内の温度を均一に保持することが可能となり、熱分解ガスG0を分解ガスG1と液化成分K0とに効率よく分離することが可能となる。二次熱分解槽12はヒータ22Bを有しており、下方側に滞留している液化成分K0を再加熱し分解ガスG1を生成する。また、二次熱分解槽12は、導入管46及び配管47から容易に取り外すことが可能であり、蓋部材59を取り外せば筒体45の内部を容易に洗浄することができる。
また、筒体45には、排出管50Aより上流側に筒体45の内部に滞留した液化成分K0をオーバーフローさせるオーバーフロー堰60が設けられている。この液化成分K0はオーバーフロー堰60によって一時的に二次熱分解槽12に滞留される。液化成分K0を再加熱することによって、低沸点の分解ガスG1を生成するが、液化成分K0の量が分解ガスG1の生成量よりも多くなったときには、液化成分K0がオーバーフロー堰60をオーバーフローし排出管50Aから排出される。従って、筒体45の内部が液化成分K0で満杯になることはなく、二次熱分解槽12において、分解ガスG1の生成を促進することが可能となる。
第2例に係る二次熱分解槽12Aは、導入管46に接続する領域と配管47に接続する領域とに筒体45の内部を区画し、かつ、気体が通過することが可能な小孔を有する第1隔壁31を有している。さらに、二次熱分解槽12Aは、第1隔壁31の下方側において、筒体45の内部を上下に区画し、かつ、気体及び液体を通過させることが可能な小孔を有する第2隔壁33を有している。第1隔壁31には触媒32A、筒体45の底部には触媒32Bが配置されている。
触媒32Bは、液化成分K0から低沸点の分解ガスG1の生成を促進させる。液化成分K0を熱分解して生成された分解ガスG1には、高沸点成分が含まれることがある。そこで、触媒32Aによって、分解ガスG1に含まれる高沸点成分を分解して低沸点成分の分解ガスG1を生成して凝縮槽13に送る。
また、油化装置1は、凝縮槽13で液化されなかった分解ガスG2を導入する水封器15、及び水封器15を通った分解ガスG3を外部に排出する排ガス分解処理装置62をさらに有している。水封器15は、液面を一定に保ち、配管55の先端を液面下にすることによって、何らかの故障で一次熱分解槽10から凝縮槽13までの系の温度が下がった時に空気がこの系に侵入することを防いでいる。また、排ガス分解処理装置62は、触媒を用いてメタンやエタンなどの燃焼性ガスを炭酸ガスと水(水蒸気)に分解し排出することができ、環境汚染を抑制することが可能となる。
また、油化装置2は、凝縮槽13で液化されなかった分解ガスG1を導入し凝縮槽13より低温で分解ガスG1を凝縮する第2凝縮槽65と、第2凝縮槽65で液化されなかった分解ガスG2を導入し第2凝縮槽65より低温で凝縮する第3凝縮槽66とを有している。
油化装置2は、凝縮温度が異なる凝縮槽13、第2凝縮槽65及び第3凝縮槽66を有していることから、各凝縮温度で凝縮可能な複数種類の液化成分K1,K2,K3などの生成油を生成することが可能となる。油化装置2は、二次熱分解槽12で高沸点の液化成分K0(重油成分)を再加熱し分解ガスG1を生成するため、二次熱分解槽12より下流側の配管47や、フィルタがある場合にはフィルタの詰まりを防止することが可能となる。なお、適用例1においては、3種類の液化成分K1(軽油)、液化成分K2(灯油)及び液化成分K3(ガソリン)を生成する例をあげ説明したが、凝縮槽の数を増やし、凝縮温度差を細かく設定すれば、さらに多様な用途に対応した生成油を得ることが可能となる。
1,2…油化装置(廃プラスチック油化装置)、10…一次熱分解槽、11…押出し機、12,12A…二次熱分解槽、13…凝縮槽、14,67,68…貯油槽、15…水封器、20…水素導入口、21…本体部、31…第1隔壁、32A,32B…触媒、33…第2隔壁、35…加熱筒、36…スクリュー、44…冷却管、45…筒体、46…導入管、47,50B,52,54,55…配管、48…管継手、49…温調器、50A,57…排出管、51…回収槽、56…液体(水)、58…開口部、59…蓋部材、60…オーバーフロー堰、61…冷却器、62…排ガス分解処理装置、65…第2凝縮槽、66…第3凝縮槽、P0…廃プラスチック、P1…溶融廃プラスチック、G0…熱分解ガス、G1,G2,G3,G4…分解ガス、Gh…排ガス、K0…液化成分、K1,K2,K3…液化成分(生成油)。
Claims (6)
- 原料である廃プラスチックを溶融しながら送る押出し機と、
溶融した前記廃プラスチックを熱分解し熱分解ガスを生成する一次熱分解槽と、
前記熱分解ガスを冷却し低沸点の分解ガスと高沸点の液化成分とに分離し、かつ、前記液化成分を加熱し低沸点の前記分解ガスを生成する二次熱分解槽と、
低沸点の前記分解ガスを集めて凝縮する凝縮槽と、
前記凝縮槽で凝縮され生成された生成油を貯留する貯油槽と、
前記二次熱分解槽と前記凝縮槽を接続する配管、及び前記凝縮槽と前記貯油槽とを接続する前記配管と、
を有している、
ことを特徴とする廃プラスチック油化装置。 - 請求項1に記載の廃プラスチック油化装置において、
前記二次熱分解槽は、水平に配設される筒体、及び前記筒体の水平方向端部の少なくとも一方の開口部に設けられる着脱可能な蓋部材及び前記筒体の周りに配置されるヒータを有し、
前記筒体の上部には、前記一次熱分解槽から前記二次熱分解槽に前記熱分解ガスを導入する導入管、及び前記二次熱分解槽と前記凝縮槽とを接続する前記配管が管継手によって着脱可能に接続され、
前記筒体の内部に滞留した前記液化成分を外部に排出する排出管が接続されている、
ことを特徴とする廃プラスチック油化装置。 - 請求項2に記載の廃プラスチック油化装置において、
前記筒体には、前記排出管より上流側に前記筒体の内部に滞留した前記液化成分をオーバーフローさせるオーバーフロー堰が設けられている、
ことを特徴とする廃プラスチック油化装置。 - 請求項2に記載の廃プラスチック油化装置において、
前記二次熱分解槽は、前記導入管に接続する領域と前記配管に接続する領域とに前記筒体の内部を区画し、かつ、気体が通過することが可能な小孔を有する第1隔壁、及び、前記第1隔壁の下方側において、前記筒体の内部を上下に区画し、かつ、気体及び液体を通過させることが可能な小孔を有する第2隔壁をさらに有し、
前記第1隔壁又は前記筒体の底部の少なくとも一方に触媒が配置されている、
ことを特徴とする廃プラスチック油化装置。 - 請求項1記載の廃プラスチック油化装置において、
前記凝縮槽で液化されなかった前記分解ガスを導入する水封器、及び前記水封器に接続され前記水封器に導入された前記分解ガスを外部に排出する排ガス分解処理装置をさらに有している、
ことを特徴とする廃プラスチック油化装置。 - 請求項1に記載の廃プラスチック油化装置において、
前記凝縮槽で液化されなかった前記分解ガスを導入し前記凝縮槽より低温で凝縮する第2凝縮槽と、
前記第2凝縮槽で液化されなかった前記分解ガスを導入し前記第2凝縮槽より低温で凝縮する第3凝縮槽と、
をさらに有している、
ことを特徴とする廃プラスチック油化装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021028801 | 2021-02-25 | ||
JP2021028801 | 2021-02-25 |
Publications (1)
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JP2022130319A true JP2022130319A (ja) | 2022-09-06 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2022020830A Pending JP2022130319A (ja) | 2021-02-25 | 2022-02-14 | 廃プラスチック油化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2022130319A (ja) |
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2022
- 2022-02-14 JP JP2022020830A patent/JP2022130319A/ja active Pending
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