JP3654833B2

JP3654833B2 - 廃プラスチックの油化方法とその装置

Info

Publication number: JP3654833B2
Application number: JP2000379678A
Authority: JP
Inventors: 鳳春鄭
Original assignee: 鳳春鄭; 鄭瓊隆
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: JP2002180068A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
請求項の発明は、廃プラスチックより精製油を得るべく、高温の溶媒にて廃プラスチックを熱分解等する油化方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
廃プラスチックは、約２００℃に加熱した油性の溶媒に入れると溶けて分解油（溶媒と混ざり合っている状態）になる。これを精製するために気化させた後、冷却して液体に凝縮すると、燃料などに再利用可能な混合油（灯油、軽油などの分類に当てはまらない油性物質）として回収できる。
【０００３】
このような処理を行うための従来の廃プラスチックの油化装置としては、例えば特開平１０−２７３６７６号公報のものがある。この装置は、図３に示す熱分解釜４０や加熱炉４０ａのほか、図示しない急冷塔、油水分解槽などで構成されている。熱分解釜４０には溶媒があらかじめ入れられており、加熱炉４０ａにより釜の外側から加熱されている。ここへ投入口４０ｂから廃プラスチックを投入すると、溶媒に溶けて分解油ができる。分解油のうち軽い油分は熱分解釜４０から蒸発し、管路４０ｃを経て急冷塔へ送られる。そこで循環冷却水によって冷却され、水と液体の油分に凝縮する。その後、油水分離槽で水分と分離されたものが混合油として回収される。回収された混合油は、油化装置の加熱用燃料やビニールハウスの暖房用燃料などに利用されている。なお、図３中の符号４０ｄは撹拌翼、４０ｅは加熱用バーナである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の装置では、廃プラスチックと溶媒の重量比が約１：１になるよう熱分解釜に投入して運転を開始しているが、廃プラスチックが溶媒に溶けて分解油になる一方で油の表面からは軽い油やガスが気化していくため、溶媒の濃度が次第に高くなり、まだ分解が終了していない廃プラスチックの分解速度の低下を招くことがあった。また、溶媒の粘性も高くなるため、釜の内表面で焦げ付きやすいという問題もあった。さらに、分解油はその表面からしか蒸発しないため、蒸発に時間がかかっていた。したがって時間当たりの廃プラスチック処理量を増大させるためには、装置の規模を拡大するか増設しなければならず、設備コストが上昇するという不都合があった。
【０００５】
また、廃プラスチックに固形不純物（紙、木、布、皮、石、砂、金属、硝子、陶器、植物残物、動物残物等）が混在していると、加熱炉による加熱が２００℃程度であるためそれら固形不純物は溶解せずに熱分解釜に溜まってしまい、攪拌翼の回転を妨げたり、発火することもあった。その場合、運転を停止して固形不純物を除去せざるをえず、手間と時間の浪費を余儀なくされていた。そのため、このような事態を招かないよう、廃プラスチックの投入前に固形不純物を完全に取り除くという作業を行っており、時間的にも経済的にも効率が良くなかった。
【０００６】
本発明の目的は、異物が混在する廃プラスチックであっても効率よく良質な混合油に変換することができる、廃プラスチックの油化方法とコンパクトな廃プラスチック油化装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の廃プラスチックの油化方法は、廃プラスチックより精製油を得るべく、高温の溶媒にて廃プラスチックを熱分解する油化方法であって、
未分解の廃プラスチックと固形不純物を分離する開閉可能なゲートを、分解油の取り出し口に設けた熱分解槽に、溶媒を加熱・貯留する機能を有する循環手段を接続し、完全に分解されるまで常に高温溶媒を流動させることを特徴とする。
また、請求項３に記載した廃プラスチックの油化装置は、廃プラスチックより精製油を得るべく高温の溶媒にて廃プラスチックを熱分解する油化装置であるが、高温の溶媒（灯油、廃油などの油性物質）を保持して廃プラスチックの投入を受ける熱分解槽に、当該熱分解槽内で溶媒を移動させる機能を有する循環手段を接続し、当該循環手段は、熱分解槽の容量の１０倍前後の容量の溶媒（廃プラスチックが熱分解されてできる分解油が含まれる）を貯留可能な循環槽、加熱炉およびポンプを備え、分解油の取り出し口に、開閉可能なゲートを介して分解油と固形不純物との分離手段を接続したことを特徴とする。
【０００８】
このような特徴を有する廃プラスチックの油化方法および油化装置によると、循環手段により高温溶媒が常に流動しているため、熱分解槽内に投入された廃プラスチックの周囲において分解油の濃度が高くなりにくく、廃プラスチックの分解が進行しやすい。循環手段のうちの循環槽には熱分解槽内の溶媒よりも遙かに多い量の溶媒が貯留されることから、熱分解槽（熱分解釜）が従来のものと同じ容量であっても全油量が多いために上記濃度が抑えられ、大量の廃プラスチックを速やかに分解できることになる。
【０００９】
また、分解油を熱分解槽の取り出し口から排出可能にし、そこに分解油と固形不純物とを分離する手段を設けているので、廃プラスチックに固形不純物が混在していても装置は支障なく運転が可能であり、熱分解槽を清掃する必要もない。このことは、熱分解槽への投入に先だって廃プラスチックから固形不純物を丁寧に除去する必要がないこと、したがって廃プラスチックの油化を能率的に行えることにほかならない。
【００１０】
熱分解槽の廃プラスチック投入部には、原料である廃プラスチックの破砕・濃縮（加熱して溶かす）のための前処理手段を設けるとよい。
【００１１】
そうすれば、例えば発泡スチロールのようなかさの大きなものを、小さく砕いたり熱で減容したりしてから熱分解槽に投入できるため、熱分解槽をコンパクトなサイズにすることが可能になる。
【００１２】
そして請求項２または請求項４に記載のように、熱分解槽を２基設置し、上記の循環手段に対して各基を切替可能に接続するとともに、各基に冷却手段を設けると好ましい。
【００１３】
そのような方法および装置であれば、熱分解槽が２基あるので、いずれか一方の槽で分解油（溶媒を含む）の排出を行っている間にも、他の槽において熱分解を行うことが可能である。ゆえに油化装置全体としては、廃プラスチックの熱分解およびその精製を連続的に行うことが可能になる。
【００１４】
また、分解油は高温のままでは空気に触れた際に発火することがあるため、熱分解槽から取り出す時点で温度を下げる必要があるが、この装置ではそのための分解油の冷却も速やかに行える。熱分解槽の各基に冷却手段を設けているので、排出前の熱分解槽において短時間で分解油の温度を下げ得るからである。これにより、分解油の排出を短時間で行えるため、２基の熱分解槽の使用による連続操業が円滑に進行する。
【００１５】
また、分離手段を出た分解油の精製手段として、請求項５に記載のように、加熱された分解油の表面積を大きくする手段を備えた蒸発槽を設けることが好ましい。このような装置では、精製手段である蒸発槽において、分解油の表面積を大きくするので、分解油の蒸発が促進され、混合油の製造が能率的に行える。
【００１６】
さらに、溶媒または分解油の加熱手段として、被加熱流体（つまり溶媒や分解油など）が流れる管路と、その管路を外側から加熱する手段とを備えた加熱炉を設けるとよい。このような加熱炉なら、溶媒または分解油を焦げ付かせることを防止しやすい。溶媒または分解油が加熱炉の管路内に流れることにより常に移動し、高温壁に接した部分で分解油が澱むことはないからである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の廃プラスチック油化装置の一実施例を図面に基づいて説明する。図１・図２は廃プラスチック油化装置１のプロセス系統図である。両図面において、太い実線は油化プロセスの主ライン、太い破線は固形不純物の流れ（およびその管路。以下も同様）、細い二点鎖線は塩素含有ガスの流れ、細い破線は燃料の流れ、細い実線は循環油（溶媒・分解油）の流れをそれぞれ示す。
【００１８】
まず、原料となる廃プラスチック（たとえばＰＥ、ＰＰ、ＰＳを主体とし一部ＰＶＣが含まれているプラスチック廃棄物）は、固形不純物（紙、木、布、皮、石、砂、金属、硝子、陶器、植物残物、動物残物等の屑類）の小片が混在したままの状態で４００ｋｇが破砕機（図示せず）に投入される。その破砕機にて３０ｍｍ×３０ｍｍ程度の大きさに粗砕されたあと、廃プラスチックは減容固形機９に入れられ濃縮されて、比重が０．６〜０．７程度のペレット状の廃プラスチックに形成される。破砕機と減容固形機９とを含む前処理手段による処理量は１時間当り８００ｋｇで、このような前処理を行うことにより、廃プラスチックのかさは約１／２に縮小される。その後、処理されたペレット状の廃プラスチック４００ｋｇが投入口１１から熱分解槽１０に投入される。
【００１９】
熱分解槽１０は、コーン状に形成された下部に開閉ゲート１７ａとともに取り出し口１７が設けられた容器である。その内部に対しては循環路１６が接続されていて、溶媒（灯油、廃油等の油性物質）を貯留する循環槽１２や、スパイラル管方式の加熱炉１３、ポンプ１４、バルブ１５ａ・１５ｂを含む循環手段に通じている。
【００２０】
バルブ１５ａ・１５ｂを開け、ゲート１７ａを閉じた状態でポンプ１４を作動させると、溶媒約４０００ｋｇ相当（つまり熱分解槽１０の容量の１０倍前後）の容量をもつ循環槽１２から溶媒がスパイラル管方式の加熱炉１３を経て熱分解槽１０に送られる。加熱炉１３の内部には溶媒が流れる管路１８が下から上に向かって螺旋状に配置され、管路１８内を流れる溶媒を外側から加熱するためのバーナ（図示せず）が設けられている。溶媒は管路１８を通過する間に２００℃に加熱され、熱分解槽１０に送られる。溶媒は常に１０ｍ³/ｈの流量が相当の速度をもって管路１８を移動しているため、加熱されるうちに焦げ付くことがない。
【００２１】
熱分解槽１０内のペレット状の廃プラスチックは、２００℃に加熱された溶媒に溶けて分解油になる。未分解の廃プラスチックや固形不純物は熱分解槽１０に残り、生じた分解油と溶媒だけが循環路１６を循環し、加熱炉１３で再び２００℃に加熱されて熱分解槽１０に戻る。熱分解槽１０内の溶媒（分解油を含む）が常に移動していることと、熱分解槽１０と循環槽１２等の容積を合わせて４０００ｋｇ以上の溶媒を循環させることになるので、廃プラスチック周辺の溶媒の濃度が高くなりにくく、分解速度はほとんど低下しない。
【００２２】
熱分解槽１０および循環槽１２では、廃プラスチック中の塩素がガスとなって発生するが、これらの工程で生じた塩素含有ガスは、各槽１０・１２の上部からガス吸収槽（図示せず）に送り込まれ、アルカリ洗浄後に排水される。
【００２３】
このようにして、約３０分間溶媒（分解油も含む）を循環させ続けると熱分解槽１０に投入した廃プラスチックは完全に分解されるので、バルブ１５ａ・１５ｂを閉じて循環路１６を遮断する。そして熱分解槽１０の周囲に取り付けた水冷ジャケット２０に冷却水を循環させ、熱分解槽１０の冷却を開始する。
【００２４】
熱分解槽１０の分解油の温度が５０℃程度まで下がったことを温度計（図示せず）により確認した後、熱分解槽１０下部のゲート１７ａを開放し、熱分解槽１０の中にある分解油と固形不純物をすべて遠心分離器２１に送り込む。灯油であれば４０℃で空気に触れると発火することがあるが、分解油には灯油以外の成分も含まれているので、温度が５０℃まで下がっていれば空気にさらされても発火することはない。
【００２５】
ここまでの熱分解と冷却にかかる約６０分間の工程を１サイクルとし、同一の構造をもつ２基の熱分解槽１０・３０を１／２サイクル（つまり３０分）だけずらして運転する。すなわち、熱分解槽１０を冷却する間に、熱分解槽３０では、循環槽１２との間で溶媒を循環させることにより、新たに前処理され投入された４００ｋｇの廃プラスチックの熱分解を行う。これを繰り返すことにより、油化装置１全体としては廃プラスチックの熱分解を連続的に行えることになる。
【００２６】
したがって、遠心分離器２１には、２基の熱分解槽１０・３０から交互に（３０分毎に）固形不純物の混在した分解油が送り込まれる。そして分離器２１は、遠心力の作用によって分解油を固形不純物から分離する。分離された分解油はスパイラル管方式の加熱炉２３を経て蒸発槽２４へ送られ、残った固形不純物は、廃液槽２５に落とされてその後に焼却処分される。廃液槽２５内で発生し、または焼却の際に生じる塩素含有ガスは、ガス吸収槽（図示せず）でアルカリ洗浄され、処理液とともに排水される。
【００２７】
加熱炉２３に送られた分解油は、螺旋状に配置された管路２８の中を移動する間に、バーナ（図示せず）により管路２８の外側から約３６０℃に加熱され、蒸発槽２４へ送られる。分解油は常に１０ｍ³/ｈの流量で管路２８内を移動しているため、焦げ付くことがない。そして、分解油は蒸発槽２４の上部に設けられた内径の小さい送油口２６から少しずつ垂らすようにして蒸発槽２４内に落とされる。このように、分解油を細く、または滴状にして落下させることにより、従来の油化装置のように熱分解槽に溜まっている分解油の表面だけから蒸発させていた場合に比べて分解油の表面積を大きくできるうえ、約３６０℃という高温に加熱していることから、分解油の蒸発が速やかに行われる。
【００２８】
蒸発槽２４で生じた分解油の蒸気は凝縮器３１へ送られ、蒸発しなかった分解油は循環路（図示せず）によって再び加熱炉２３に送られる。循環をさらに続けると、蒸発槽２４の底部には重質油が溜まるので、これを取り出して加熱炉１３・２３の燃料として利用する。
【００２９】
凝縮器３１に送られた分解油の蒸気は、冷却水で凝縮されることにより良質な混合油となり、水分を除去した後製品受槽３２に回収される。さらにここで塩素ガスを除去した後、製品タンク３３へ送られる。混合油は、およそ１ｍ³/ｈの割合で回収される。なお、この油化装置で回収される混合油は、遠心分離器２１で固形不純物を効率的に除去しているので、従来のものと比べて良質な混合油である。
【００３０】
ところで、本発明による廃プラスチックの油化装置は上記の実施例に限るものではない。例えば、熱分解槽の冷却手段について、本実施例では水冷ジャケットを用いているが、熱分解槽の取り出し口と分離器の間に冷却槽を設けて分解油を冷却水で冷やすようにするのもよい。また、蒸発槽については送油口に噴霧器を取り付けることも考えられる。この場合、分解油が蒸発槽内に霧状に放散されるので、分解油の表面積はさらに増加し、蒸発がより速やかに進行する。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に記載の廃プラスチックの油化方法および請求項３に記載の油化装置によれば、投入される廃プラスチックの量に比べて多量の溶媒を循環させるので廃プラスチック周辺の溶媒の濃度が高くなりにくく、同じ容量の熱分解槽でも従来の装置に比べて廃プラスチックを早く分解できるので、効率が良い。また、熱分解槽に生じた分解油と紙や木屑などの固形不純物とを全部取り出して分離器にかけることにより、分解油のみを回収することができるので、たとえ不純物の混在率が５０％を越えていても装置の運転には支障がなく、従来行っていた廃プラスチックからあらかじめ不純物を除去するという作業が省略でき、経済的にも時間的にも効率が良い。
【００３３】
また、請求項２の油化方法および請求項４の油化装置では、２基の熱分解槽の運転サイクルをずらすことにより、一方で分解油を冷却している間にもう一方で廃プラスチックを分解することができ、油化装置全体として連続操業が可能になる。とくに、熱分解槽（分解油）を短時間で冷却できるため、早めに排出でき、連続操業が円滑にできる。したがって、時間当たりの混合油回収量が増加する。
【００３４】
請求項４の油化装置によれば、従来時間がかかっていた分解油の蒸発が短時間で行われるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における廃プラスチックの油化装置に関するプロセス系統図である。
【図２】本発明における廃プラスチックの油化装置に関するプロセス系統図である。
【図３】従来の油化装置について要部を示す概念図である。
【符号の説明】
１油化装置
１０・３０熱分解槽
１２循環槽
１３・２３加熱炉
１６循環路
１８・２８管路
２０水冷ジャケット
２１遠心分離器
２４蒸発槽
３３製品タンク

Claims

廃プラスチックより精製油を得るべく、高温の溶媒にて廃プラスチックを熱分解する油化方法であって、
未分解の廃プラスチックと固形不純物を分離する開閉可能なゲートを、分解油の取り出し口に設けた熱分解槽に、溶媒を加熱・貯留する機能を有する循環手段を接続し、完全に分解されるまで常に高温溶媒を流動させることを特徴とする廃プラスチックの油化方法。
２基の熱分解槽を使用して各熱分解槽内に投入される廃プラスチックを所定温度に加熱された溶媒に溶かして分解油を生成する一方、
２基のうち一方の熱分解槽を冷却する間に、他方の熱分解槽では前記循環槽との間で溶媒を加熱炉で加熱して循環させることにより新たに投入される廃プラスチックの熱分解を行い、前記一方の熱分解槽の中にある分解油と固形不純物は所定温度まで冷却した状態ですべて取り出し分離器で分離することを特徴とする請求項１に記載の廃プラスチックの油化方法。
廃プラスチックより精製油を得るべく、高温の溶媒にて廃プラスチックを熱分解する油化装置であって、
高温の溶媒を保持して廃プラスチックの投入を受ける熱分解槽に、当該熱分解槽内で溶媒を移動させる機能を有する循環手段を接続し、当該循環手段は、熱分解槽の容量の１０倍前後の容量の溶媒を貯留可能な循環槽、加熱炉およびポンプを備えており、
前記熱分解槽の分解油の取り出し口に、開閉可能なゲートを介して分解油と固形不純物との分離手段を接続したことを特徴とする廃プラスチックの油化装置。
熱分解槽を２基設置し、上記の循環手段に対して各基を切替可能に接続するとともに、各基に冷却手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の廃プラスチックの油化装置。
前記分離手段を出た分解油の精製手段として、加熱された同油の表面積を大きくする手段を備えた蒸発槽を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載の廃プラスチックの油化装置。