JP3527678B2 - ワックス状物質製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、産業廃棄物となる
廃プラスティックなどの合成樹脂から熱分解によりワッ
クス状物質を製造する装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、廃プラスティックなどの産業
廃棄物として問題となる合成樹脂は、加熱溶融するの
で、一般的には、通常の粉砕から押し出し成形による再
ペレット化で、再利用が可能である。しかし、架橋ポリ
エチレン等の架橋物は、加熱溶融しないため、焼却又
は、埋め立てて処理されてきた。この焼却、埋め立てと
いう廃棄処分でなく、再利用するための技術が進展し、
プラスティック材料の燃料として有効活用する技術が実
現され始めている。その技術として、熱分解で油状物質
に変えてエネルギーとして利用する油化技術や、固形燃
料に変えることによってエネルギー代替材料として活用
する方法もあるが、廃プラスティック材料を再度プラス
ティックとして再利用することが、化石燃料の有効な活
用方法となる。 【０００３】そこで、廃プラスティック材料を自己燃焼
方式で熱分解し、酸欠状態下でワックス状物質を生成さ
せ、有効活用する方法が行われている。しかし、微粒子
カーボン等の不純物が混入したり、製造条件が不安定と
なって、生成したワックス製品品質にばらつきが生じる
等の問題点があった。また、燃焼時に原料が偏在した
り、重なり合うことによって、原料の中に分解する部分
と未分解の部分とができて、原料の熱分解効率が低下
し、ワックス製品の品質が悪くなる問題もあった。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、不完
全燃焼によるカーボン粒子等の不純物発生を防ぎ、原料
の偏在や重なり合いを解消し、ワックス製品品質のばら
つきをなくすことを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１記
載のワックス状物質製造装置は、耐火ハウジングの下側
に燃焼槽、受溜タンクを順次設けると共に、耐火ハウジ
ングの側面に原料供給口を設け、原料供給口から燃焼槽
内の原料受け皿に向かって原料の合成樹脂を落下供給
し、合成樹脂を自己燃焼方式により、酸素欠乏状態下
で、ワックス生成を行う装置に於いて、自己燃焼する燃
焼槽内の、滴下孔を有する原料受け皿に回転機構を備
え、原料受け皿上に、原料が重なり合わないための凹凸
部を設け、凹凸部と原料受け皿との間に空隙を形成し、
凹凸部によって原料を原料受け皿から浮かした状態で保
持することを特徴とする。原料受け皿に回転機構を備え
る構成とすれば、原料が均一に受け皿に散布され、原料
の偏在を防止することができる。また、原料受け皿に凹
凸部を設けた構造とすることによって、原料が重なり合
わないようにし、より短時間で均一なワックスを製造す
ることができる。なお、原料受け皿の孔の大きさを８〜
３０mmφとし、開孔率を４５〜６５％にすることで、黒
煙が生成しない程度の酸欠条件下で熱分解反応を継続さ
せながら、ワックスから発生する可燃性ガスの流入と燃
焼を確実に行うことができる。 【０００６】本発明によるワックス製造装置は、燃焼
槽、耐火ハウジング、受溜タンクから構成されており、
耐火ハウジングの上面は、二次燃焼装置に排出させるた
めの排気口が設けられ、耐火ハウジングのやや上部側面
には原料供給口が設けられている。耐火ハウジングの下
側には燃焼槽があり、該燃焼槽の周囲に断熱壁を有して
いる。燃焼槽中央部にはモーター駆動により回転する原
料受け皿が設けられている。燃焼槽と断熱壁の下部に設
けられた空気流入口からは空気が流入するようになって
おり、燃焼する空気量を調節している。原料受け皿の下
部にはワックス受部を介して受溜タンクが連通してい
る。受溜タンクの側面にはワックス排出口が備えられて
いる。 【０００７】原料受け皿の滴下孔は、受溜タンクから上
昇する可燃性ガスを通過させ、分解した原料が受溜タン
クに滴下するために設けられている。耐火ハウジングに
は、黒煙を出さない程度に原料を燃焼させるための空気
調節機構が備えられており、燃焼槽と断熱壁下部に設け
られた空気流入口から、自然対流によって空気が流入
し、燃焼槽に空けられたパンチングメタル構造から燃焼
槽内に空気が流入し、燃焼槽中の可燃ガスと反応する空
気量を調節している。これにより、燃焼温度も調節で
き、燃焼分解温度は約６００〜８００℃となる。 【０００８】さらに、原料の偏在とそれによる局部燃焼
を防ぐために、原料受け皿の回転機構を設けてある。回
転機構については問わないが、回転機構の一例を挙げる
と、断熱壁外部に設けられたモーターを駆動させ、リン
グギヤを回転させ、リングギヤ保持台座を回転させる。
これに伴い、リングギヤ保持台座上の原料受け皿が回転
する。また、回転を円滑化するために、リングギヤ保持
台座は、鋼球により支持され且つガイドローラーが備え
られている。 【０００９】また、原料受け皿上に供給される原料の重
なり合い、平面上および縦方向の偏在を防ぎ、受溜タン
クから上昇する可燃性ガスの通過と燃焼を十分に行わせ
るために、原料受け皿上に凹凸部を設けてある。凹凸部
の構造は、原料受け皿と空隙を形成する構造が望まし
い。具体的には、長短ランダムな高さを持つピンを立た
せた機構、ワイヤーを用いたアーチ状、山型の格子状構
造が挙げられる。 【００１０】熱分解反応により原料が一部溶融状態にな
ると、下にたれてくる。その際、孔の径や開孔率を適切
に設定しても、未分解の原料が、受け皿より下に落下す
ることを防ぐことができない。そこで、原料受け皿の真
下にワックス受部を備え、ここに、原料中の溶融分解し
ない線状体を滞留させ、未分解のままで下部の受溜タン
クに落下させないようにする。ワックス受部内は、金属
製ワイヤーが複雑に絡み合った構造物が入っており、ワ
イヤー間に間隙が作られ、ガスの流通とワックスの落下
を助けており、ワックス受部内で滞留した線状体が徐々
に分解されることによって、さらに可燃性ガスが発生
し、ワックス受部および原料受け皿上の原料の熱分解促
進につながる効果もある。 【００１１】原料が熱分解反応し、ワックスが生成する
と、ワックスは原料受け皿のパンチングメタル構造の滴
下孔からワックス受部を通過して、下部に備えられてい
る受溜タンクに溜められる。この原料受け皿上の滴下孔
の大きさ、開孔率が熱分解反応の持続性に重要な影響を
与える。孔の径を３０mmφ以上とすると、原料が熱分解
しつつ一部溶融状態でワックス受部に垂れ下がり、その
一部が孔から脱落して分解しない原料部分までもが落下
する状態が起こり、分解反応が停止することさえある。
また、８mmφ以下の場合は、分解しつつある溶融体が孔
を塞ぎ、下部の受溜タンクから上昇してくる可燃性ガス
の通過を塞いで分解反応を停止してしまうことがある。
このため、孔の径は８〜３０mmφが望ましいが、１２〜
２５mmφがより望ましい。孔の数と面積に関しては、開
孔率によって決定することができ、４５〜６５％が効率
的であるが、５０〜５５％がより望ましい。 【００１２】受溜タンクには、生成したワックスを取り
出すためのワックス排出口が、異なる高さ位置に複数設
けられており、それぞれ比重の異なるワックスを取り出
すことができる。さらに、燃焼開始時に発生する黒煙を
煙突に直接導かないために、燃焼槽の上部内面に邪魔板
を備え、排ガスの流通を無負荷で移動させずに滞留さ
せ、酸素と良く反応させて黒煙を減少させるため、不規
則に導流板を取り付けてある。 【００１３】本発明は、様々な合成樹脂に使用可能であ
るが、粒状の素材は不適であって、原料の形状は線状で
あることが望ましい。ただし、線状でなくとも、長さを
有する原料であれば使用可能である。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。 【００１５】図１に本発明によるワックス状物質製造装
置の全体図を示す。ワックス状物質製造装置は、耐火ハ
ウジング１０と、断熱壁３７内側の燃焼槽６、該燃焼槽
６下部に設けられた受溜タンク１と、から構成されてい
る。燃焼槽６で発生した分解ガスは、煙突２１を通り、
分解による排ガスをさらに燃焼させて炭素化合物等を減
少させ、清浄にするための二次燃焼装置２２へ送られ
る。 【００１６】架橋ポリエチレン等の合成樹脂の原料は、
耐火ハウジング１０側面に設けられた原料供給口１１か
ら、燃焼槽６内の原料受け皿９上に投入される。原料受
け皿９はモーター２０駆動による回転機構部３５によっ
て回転する。該原料受け皿９上には、原料の重なり合い
を防ぐための凹凸部２８が山型の格子状に備えられてあ
り（図３）、原料受け皿９には、パンチングメタル構造
の多数の滴下孔２３が空けられており、溶融分解した原
料が、該滴下孔２３およびワックス受部５を通過して、
受溜タンク１に滴下されるようになっている。同時に、
受溜タンク１から上昇する可燃性ガスが上昇し、該滴下
孔２３を通過することによって、燃焼を持続させてい
る。 【００１７】原料受け皿９下部からワックス受部５の間
にあるワックス滴下部３１は、熱分解反応の定常状態で
は可燃性ガスで充満している。原料受け皿９上の燃焼槽
６は、パンチングメタル構造の空気導入孔１６となって
おり、断熱壁３７下部に設けられた第１空気流入口１８
およびファンを備えた第２空気流入口１９から空気導入
孔１６を通して、燃焼槽６内に空気を流入させることに
よって、黒煙を出さない程度に燃焼を継続させるための
空気量を調節している。 【００１８】燃焼により排出される排ガスは、燃焼槽６
上部から耐火ハウジング１０上部、さらに排気口３４を
通って、再燃焼させるための二次燃焼装置２２へ送られ
るが、出来る限り黒鉛の排出を防ぐ手段を備えてある。
具体的には、製造開始時に発生する黒煙を直接二次燃焼
装置２２へ導かないために、邪魔板１３が排気口３４か
ら吊り下げられる形で取り付けられてある。また、排ガ
スの流通を無負荷で移動させずに、空気圧をかけて滞留
させ、酸素と良く反応させることによって黒煙を減少さ
せるために、耐火ハウジング１０上部の内壁に、不規則
に導流板１２が取り付けられてある。 【００１９】原料の重なり合いを防ぐための凹凸部２８
は図３のような山型の格子状（第１実施形態）に形成し
てもよいし、図４のように大小のアーチを多数突設して
もよいし（第２実施形態）、図５のように、ピンの高
さ、密度をランダムに配置した構造（第３実施形態）に
してもよい。このように構成することによって、原料を
受け皿から若干浮かしたまま回転させることができ、受
溜タンクからの可燃性ガスを良く通し、熱分解を促進さ
せることができる。 【００２０】図２に原料受け皿９の回転機構の詳細を示
す。モーター２０を駆動させることによって、ドライブ
シャフト８を回転させ、かさ歯車２５によりピニオンギ
ヤ２６、リングギヤ２７が回転し、同時にリングギヤ２
７を外側に固定してあるリングギヤ保持台座２９も回転
する。該リングギヤ保持台座２９下部には、環状体３６
に取り付けられ且つステー４により保持されているガイ
ドローラー７が備えてあり、円滑に回転が進行する。そ
して、リングギヤ保持台座２９上に載ってある原料受け
皿９が同時に回転する。原料受け皿９は、リングギヤ保
持台座２９と互いに滑らず回転し且つ取り外しを容易に
するため、接触面に係合部１５がつけられており、リン
グギヤ保持台座２９上の嵌入部１４と係合している。原
料受け皿９には、１００Kg程度の原料を載せることがで
き、その重量がリングギヤ保持台座２９上にかかるた
め、回転を円滑にするため、環状体３６に載っている鋼
球３０により支持されている。環状体３６は、受溜タン
ク１の壁面に固定されている。また、原料の回転・溶融
により回転機構部３５に原料が流入しないよう、ワック
ス流入防止板２及び３が備えられている。 【００２１】生成されたワックスは受溜タンク1側面に
設けられたワックス排出口３２、３３からコックを開栓
して排出することができる。高さの異なる複数の排出口
を設けることによって、比重が異なるワックスを排出す
ることができる。また、底に溜まったワックスを抜き取
るためのワックス抜取口２４が底部に設けられており、
完全にワックスを取り出すことができる。 【００２２】 【実施例】以下、実施例によりさらに詳細に説明する。 【００２３】実施例1 架橋ポリエチレン被覆電線ケーブルから、中の金属芯線
を取り除いた表皮材を約１.５m長に切ったものを原料と
し、原料供給口１１から５kg/分で投入し、熱分解によ
りワックスを得た。この時の条件を表１に示したが、原
料受け皿上は、図４のアーチ型を用いた。表１の条件
で、原料３ｔからワックスが２.６５ｔ生成し、材料歩
留まりは８８.３％であった。この製造には１０時間を
要したが、製造途中で取り出した生成ワックスの性質
は、図６、図７に示すように安定した製品性状を有して
いた。これは、チーグラー触媒で合成された市販合成ワ
ックスとほぼ同等であり、安価な原料から安い製造コス
トで、容易に同等製品を製造することができた。製造段
階においても、トラブルなく順調で、安定した運転を行
うことができた。 【００２４】 【表１】 【００２５】実施例２ 実施例１と同じ原料を用い、原料受け皿上は、重なり合
い防止手段の凹凸部を設けずに平面状としたが、それ以
外の条件は実施例１に準じた（表１）。この時の製造量
は、実施例１と同じ１０時間で、原料２.８ｔからワッ
クスが２.２５ｔ生成し、材料歩留まりは８０.３％であ
った。製造途中で取り出した生成ワックスの性質は、融
点および密度が実施例１に比べて低かった（図６、図
７）。また、原料投入量を実施例１と同じ５kg/分とす
ると、原料受け皿上に未分解原料が溜まる傾向が見られ
たため、４.６kg/分に下げた。これによって、製造が安
定したかに見えたが、実施例１と異なり、原料受け皿上
に重なり合い防止手段を講じなかったために、原料の偏
在が起こり、原料受け皿上で局部的に分解が進行し、分
解部分と全く未分解のままの部分とに分かれ、製造が一
時停止することがあった。 【００２６】比較例1 比較例として、原料受け皿を回転させず、固定させ、孔
の径及び開孔率は同条件（表１）とし、原料の重なり合
い防止手段の凹凸部を設けない平面状原料受け皿を用
い、実施例と同じ原料を用いてワックス製造を行った。
この時の製造量は、同じ１０時間で原料２.６ｔからワ
ックスが２.０５ｔ生成し、材料歩留まりは７８.８％で
あった。製造途中で取り出したワックスの性状は、図
６、図7のようになり、生成ワックス融点、密度ともに
低くなった。原料投入は、実施例１と同じ５kg/分とす
ると、原料受け皿上に未分解原料が溜まる傾向が見られ
たため、４.３kg/分に下げた。これによって、製造が安
定したかに見えたが、実施例２と同様、原料受け皿上に
重なり合い防止手段を講じず、さらに原料受け皿を回転
させなかったために、原料の偏在が起こり、原料受け皿
上で局部的に分解が進行し、分解部分と全く未分解のま
まの部分とに分かれ、製造が一時停止することがしばし
ば発生した。 【００２７】比較例2 比較例１と同様に、原料受け皿を回転させず固定させ、
平面状原料受け皿を用い、同じ原料を用いてワックス製
造を行った。原料受け皿の孔の径は同じとしたが、開孔
率を４０％に設定した。この時の製造量は、同じ１０時
間で原料２.４ｔからワックスが１.７５ｔ生成し、材料
歩留まりは７３.０％であった。製造途中で取り出した
ワックスの性状は、図6、図7に示すように、製造開始３
時間後では実施例１に類似したワックスが生成したが、
時間とともに変化して徐々に融点及び密度が低いものと
なり、一定の性状維持が不可能であった。原料投入は、
実施例１と同じ５kg/分とすると、原料受け皿上に未分
解原料が溜まる傾向が見られたため、４.０kg/分に下げ
た。これによって、製造が安定したかに見えたが、比較
例１と同様、原料受け皿上に重なり合い防止手段を講じ
ず、さらに原料受け皿を回転させなかったために、原料
の偏在が起こり、原料受け皿上で局部的に分解が進行
し、分解部分と全く未分解のままの部分とに分かれ、孔
のつまりが発生し、原料の熱分解ではなく燃焼状態に入
って黒煙を発する状態がたびたび見られ、当然のことな
がら、製造の一時停止が頻発した。 【００２８】以上の実施例および比較例の結果から、原
料受け皿を回転させ、受け皿上に重なり合い防止手段を
備えることによって、ワックス製造の安定した運転およ
び生成ワックスの品質を大きく向上させることが示され
た。また、開孔率が原料の熱分解に大きく影響し、４０
％が不適切であり、５２％の設定の方がより望ましいこ
とが示された。 【００２９】 【発明の効果】本発明によるワックス状物質の製造装置
によれば、原料の偏在を防ぎ、可燃ガスを安定して燃焼
させ、合成樹脂の自己燃焼方式によるワックス製造の燃
焼継続運転の実現、ワックス品質のばらつき解消を行う
ことができる。また、高い効率で燃焼させ、黒煙の排出
を削減し、大気汚染防止に貢献することができる。ま
た、産業廃棄物の原料を用いることにより安価なコスト
で、生産性が高く、高品質なワックス製造を行うことに
より、産業廃棄物の削減、産業廃棄物となる合成樹脂の
有効利用を促進することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の製造装置を示す全体図である。 【図２】本発明の製造装置を一部拡大して示す断面図で
ある。 【図３】本発明の第1実施形態の一部を拡大して示す側
面図である。 【図４】本発明の第２実施形態の一部を拡大して示す側
面図である。 【図５】本発明の第３実施形態の一部を拡大して示す側
面図である。 【図６】本発明の製造装置で生成したワックスの融点を
示す図である。 【図７】本発明の製造装置で生成したワックスの密度を
示す図である。 【符号の説明】６ 燃焼槽 ９ 原料受け皿１０ 耐火ハウジング １１ 原料供給口 ２３ 滴下孔 ２８ 凹凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−84742（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−10006（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10G 1/10 C08J 11/12 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 耐火ハウジング（１０）の下側に燃焼槽
   （６）、受溜タンク（１）を順次設けると共に、耐火ハ
   ウジングの側面に原料供給口（１１）を設け、原料供給
   口から燃焼槽内の原料受け皿（９）に向かって原料の合
   成樹脂を落下供給し、合成樹脂を自己燃焼方式により、
   酸素欠乏状態下で、ワックス生成を行う装置に於いて、
   自己燃焼する燃焼槽内の、滴下孔（２３）を有する原料
   受け皿（９）に回転機構を備え、原料受け皿（９）上
   に、原料が重なり合わないための凹凸部（２８）を設
   け、凹凸部（２８）と原料受け皿（９）との間に空隙を
   形成し、凹凸部（２８）によって原料を原料受け皿
   （９）から浮かした状態で保持することを特徴とするワ
   ックス状物質製造装置。