JP2022130319A - 廃プラスチック油化装置 - Google Patents

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。

特開平７－２１６３６４号公報 特開２０１６－６０７９９号公報

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。

油化装置１の主要構成を示す構成説明図である。 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。 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。 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。

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Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。

Images