JP3746152B2

JP3746152B2 - 廃プラスチック処理装置

Info

Publication number: JP3746152B2
Application number: JP14139098A
Authority: JP
Inventors: 杉伸一郎小; 健司畑; 村武今
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2018-05-22
Also published as: JPH11323007A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリ塩化ビニルを含む廃プラスチックを加熱し、ポリ塩化ビニルから有害な塩素を取り除くことができる廃プラスチック処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリ塩化ビニル（塩ビ）を含む廃プラスチックをセメントキルンで燃料として使うには廃プラスチックに含まれる有害な塩素をあらかじめ取り除く前処理が必要である。
【０００３】
塩素が鉄骨を腐食するため、セメント中の塩素量は厳しく管理されている。セメントキルンでは燃焼ガスはセメントと直接接触する構造のため、燃料に含まれる塩素を制限する必要がある。そのため廃プラスチックを燃料として用いるには、あらかじめ廃プラスチックに含まれる塩素を除去する必要がある。
【０００４】
廃プラスチック中の主な塩素元はポリ塩化ビニルである。ポリ塩化ビニルは３００℃前後で熱分解して塩化水素を放出する性質をもっている。そこで廃プラスチックを３００℃前後まで加熱すると、廃プラスチックに含まれる大部分の塩素を塩化水素として除去する事ができる。
【０００５】
このような処理を行う装置の一例が、特開平５−２４５４６３に示されている。特開平５−２４５４６３に示された装置は、プラスチックを成形加工する際に使われるスクリュー押し出し機の出口に内部圧力を調整するバルブを取り付けた装置であり、ポリ塩化ビニルを３００℃以上の高温、高圧下で混練りし、脱塩素を行うものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来のこのような装置で脱塩素を行うのは非常に危険が伴っている。まず、プラスチックは１００００ｋｃａｌ／ｋｇもの発熱量があるので火災が発生すると容易に消火することはできない。プラスチックは２００℃以下の低温で発火する事はないが、基本的にゴミとして収集された廃プラスチックにはさまざまな物質が含まれる。その中には２００℃程度でも発火するセルロースなどの物質も多く含まれ、さらにマッチやライター、花火の火薬なども含まれ、そのため大気雰囲気では低温でも廃プラスチックが発火することがある。
【０００７】
大気雰囲気にて、廃プラスチックがいったん着火すると、難燃性のポリ塩化ビニルが含まれていても激しく燃え上がり、融けて油状になり広がるので消火は難しい。また、特開平５−２４５４６３の装置のように高温，高圧下では塩化ビニルからダイオキシンが生成されることがある。さらに従来の脱塩素装置では投入口への塩化水素の逆流は完全に防げないので作業者は塩化水素に暴露してしまう。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、安全に脱塩処理を行なうことができる廃プラスチック処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポリ塩化ビニルを含む廃プラスチックを乾燥させかつ脱気する乾燥ホッパと、乾燥ホッパ内を真空排気する真空ポンプと、回転カッタを有し乾燥ホッパからの廃プラスチックを略真空状態で加熱させながら回転カッタで破断して塩素を発生させる脱塩炉と、脱塩炉内の塩素を排気する真空機構と、真空機構によって排気された脱塩炉からの塩素を回収する塩酸回収塔と、を備えたことを特徴とする廃プラスチック処理装置である。
【００１０】
本発明によれば、ポリ塩化ビニルを含む廃プラスチックは乾燥ホッパに投入される。乾燥ホッパ内は真空ポンプにより真空状態に保つことができ、乾燥ホッパ内において廃プラスチックの乾燥と脱気が行なわれる。廃プラスチックはその後脱塩炉に投入され、加熱されて脱塩処理される。廃プラスチックからの塩素は真空機構により塩酸回収塔へ送られ、塩酸回収塔において塩酸として回収される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図４は本発明による廃プラスチック処理装置の第１の実施の形態を示す図である。
【００１２】
図１乃至図４に示すように、廃プラスチック処理装置はポリ塩化ビニルを含む廃プラスチックが投入される投入ホッパ１と、投入ホッパ１に弁４を介して接続され、投入ホッパ１からの廃プラスチックを乾燥させかつ脱気させる乾燥ホッパ３と、乾燥ホッパ３の下方にシャッタ弁１１および連結弁１２を介して接続され廃プラスチックを略真空状態で加熱させてポリ塩化ビニルから塩素を発生させる脱塩炉１４とを備えている。
【００１３】
このうち投入ホッパ１の下部には、圧縮空気を供給する空気配管２が接続されている。また乾燥ホッパ３には吐出配管９ａが取付けられ、この吐出配管９ａには乾燥ホッパ３内を真空状態とする真空ポンプ５が弁８を介して接続されている。さらに乾燥ホッパ３の吐出配管９ａには、弁９を介して凝縮器６と吸込ブロア７が接続され、また吐出配管９ａは弁１０を通して大気に連通自在となっている。
【００１４】
また脱塩炉１４内には、ギア減速モータ１７により回転駆動される回転カッタ１６が配置されており、この回転カッタ１６によって廃プラスチックが破断されるようになっている。また脱塩炉１４には、熱媒が流入する熱媒ジャケット１５が配設され、熱媒ジャケット１５内の熱媒は燃焼ガスジャケット２３内でバーナ２２により燃焼する燃焼ガスによって加熱される。またバーナ２２には燃料が流量調整弁２０を介して流入し、同時にバーナ２２に空気が流量調整弁２１を介して流入する。これら流量調整弁２０，２１は熱媒ジャケット１５内に配置された熱電対１８からの信号により制御装置１９により制御されるようになっている。また脱塩炉１４の上部と乾燥ホッパ３との間には、弁１３を有する排気管２４が設けられている。
【００１５】
また脱塩炉１４には、溶融プラスチックを冷却固化して回収するプラスチック冷却固化装置２６が、弁２７を有する排出管２５を介して接続されている。さらに脱塩炉１４には弁８０を介して、回収槽４４を有するテレフタル酸回収装置２８が接続されている。またテレフタル酸回収装置２８には、真空機構２９、凝縮器３０、凝縮油・塩酸受タンク３１、活性炭タンク３２、塩酸回収塔３３、および活性炭タンク３４が順次接続されている。さらにまた活性炭タンク３４には、低級炭化水素ガスを回収する低級炭化水素ガス回収タンク３５が接続されている。
【００１６】
次に図２により乾燥ホッパ３の詳細を説明する。乾燥ホッパ３の内部には羽根３７を有する撹拌板（移送装置）３６が取り付けられている。羽根３７は乾燥ホッパ３下部のレデューサ部３ａの壁面と平行に取り付けられている。羽根３７を有する撹拌板３６はモータ３８により回転する。モータ３８が消費する電流は、図示しない電流計および表示器により監視できるようになっている。モータ３８には通常減速歯車が組み込まれたものが用いられ、出力軸回転数は６０ｒｐｍ以下で十分である。
【００１７】
また乾燥ホッパ３の吐出配管９ａには、乾燥ホッパ３内の端部に金網３９が設けられ、また乾燥ホッパ３のレデューサ部３ａにはリブ４０が取付けられている。
【００１８】
次に図３および図４にテレフタル酸回収装置２８の詳細を示す。テレフタル酸回収装置２８は側壁２８ａを有し、側壁２８ａ内に複数の羽根４１が設けられたシャフト４１ａが配置され、シャフト４１ａはモータ４２に接続されている。またテレフタル酸回収装置２８の側壁２８ａ外周には、冷却ジャケット４３が設けられ、さらに側壁２８ａ下方に回収槽４４が取付けられている。
【００１９】
なお、シャフト４１ａに対して複数の羽根４１は傾斜している（図４）。
【００２０】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００２１】
ポリ塩化ビニルを含む廃プラスチックは、あらかじめ適当な大きさに破砕してフラフ状に加工した後、投入ホッパ１に投入される。投入ホッパ１内の廃プラスチックは空気配管２からの圧縮空気により撹拌される。
【００２２】
次に弁４，９を開けて吸込ブロワ７を起動し、廃プラスチックを空気と一緒に乾燥ホッパ３内に投入する。吸込ブロワ７が取り付けられている吐出配管９ａには、図２に示すように金網３９が設けられているので、乾燥ホッパ３内に吸い込まれた廃プラスチックは吸込ブロワ７によって吸い出されることはない。
【００２３】
次に弁４を閉じ、弁１３を開けて、脱塩炉１４内の熱風を乾燥ホッパ３内部に導入し、乾燥ホッパ３内部の廃プラスチックの乾燥を行う。熱風は脱塩炉１４のバーナ２２からの排気ガスを排気管２４を通して乾燥ホッパ３内に供給される。バーナ２２からの排気ガスは３００℃を超える高温なので、排気管２４には図１に示すように外気の吸い込み口２４ａが設けられており、弁１３を通る熱風の温度は１００℃程度になる。乾燥ホッパ３の内部で羽根板３７を有する撹拌板３６が回転しているため、乾燥ホッパ３内部に投入されたフラフ状の廃プラスチックは撹拌されながら熱風によって加熱され乾燥していく。廃プラスチックに含まれる水分は蒸気となり、大量に吸い込まれた空気と一緒に乾燥ホッパ３の外に排気され、その後蒸気は吸込ブロア７により吸出され、凝縮器６により凝縮回収される。
【００２４】
投入した廃プラスチックが乾燥すると撹拌板３６の駆動用モータ３８の電流がさがるので、乾燥状態の目安となる。なお、凝縮器６と弁９の間に湿度計を設けておけば同様に廃プラスチックの乾燥状態を知ることができる。これは乾燥ホッパ３内の湿度は乾燥が進むにつれ下がっていくためである。また乾燥ホッパ３に入る熱風の温度と、出て行く熱風の温度差により乾燥状態を判定することができる。すなわち乾燥が終了した状態では入り口温度と出口温度の差は無くなるため、このような方法で乾燥状態を監視することができるが、通常フラフ状の廃プラスチックに含まれる水分は２０％を超えることはほとんど無いので通常ある一定時間乾燥を行えば十分である。
【００２５】
廃プラスチックが十分乾燥したら、吸込ブロワ７を停止し弁９，１３を閉め、弁８を開けて真空ポンプ５を起動し、真空ポンプ５により乾燥ホッパ３の内部の空気を十分に排気する。このとき例えば０．２気圧以下まで乾燥ホッパ３内を減圧する。
【００２６】
次に弁８を閉じ、真空ポンプ５を停止させ、シャッター弁１１と連結弁１２を開ける。シャッター弁１１は予め８０℃以下の温度にまで冷却しておく。この間廃プラスチックは乾燥ホッパ３内部で羽根３７を有する撹拌板３６と一緒に回っているが、乾燥ホッパ３内部に設けられたリブ４０にひっかかって下に落ちていき、脱塩炉１４の中にはいっていく。
【００２７】
すべての廃プラスチックが脱塩炉１４内部に入ると、撹拌板３６のモータ３の電流値が空回しのときと同じになるので、内部を目視確認しなくても廃プラスチックがすべて脱塩炉１４に入ったことを知ることができる。もちろん、確認の窓を乾燥ホッパ３に設けておいても良い。
【００２８】
その後脱塩炉１４に廃プラスチックを供給した後、シャッター弁１１と連結弁１２を閉めて、次に投入する廃プラスチックの乾燥を始める。まず、弁１０を開け、外部から空気を導入する。この時金網３９には乾燥ホッパ３側へ空気が流れるので、細かな廃プラスチックが金網３９の目に詰まっても空気の流れによって吹き飛ばされ、金網３９はきれいな状態に戻る。弁９を閉めると最初の状態に戻るので、再び投入ホッパ１にフラフ状に粉砕した廃プラスチックを投入し、弁４と９を開けて廃プラスチックを乾燥ホッパ３の中に吸い込んで、以上説明した手順を繰り返す。
【００２９】
次に脱塩炉１４の作用について述べる。脱塩炉１４には熱媒ジャケット１５が設けられていて、その中には熱媒が封入され、この熱媒はバーナ２２により加熱される。また熱電対１８により熱媒の温度が測定され制御装置１９により流量調整弁２０，２１が制御されて、バーナ２２への供給燃料と空気の量が調整される。
【００３０】
熱媒シャケット１５の内部には熱媒だけを封入するので、熱媒は蒸気と液体との飽和状態になる。熱サイホンやヒートパイプと同じ原理により、脱塩炉１４の内壁は均一な温度に保たれ、熱媒の温度は３００℃から３５０℃の範囲に設定される。このとき温度が高いほうが脱塩素処理に要する時間が短いが、熱媒の寿命が短くなる傾向があるので３３０℃程度が妥当である。
【００３１】
ところで脱塩炉１４の内部では回転カッタ１６が回転していて、高温で溶融した廃プラスチックを撹拌し、ポリ塩化ビニルから脱塩素により発生した塩化水素ガスが蒸発するのを促進する。すなわち回転カッタ１６は半溶融状態の廃プラスチックを切り裂き表面積を増大させるので、脱塩素反応を促進させることができる。脱塩素により発生した塩化水素ガスと、その時同時に発生する有機ガスは真空機構２９により脱塩炉１４から吸い出される。この間、脱塩炉１４内部には廃プラスチックがフラフの状態で約半分くらい充填されている。
【００３２】
一般に、廃プラスチック中にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が含まれ、脱塩素を行うと同時にＰＥＴが分解してテレフタル酸が発生する。このテレフタル酸はテレフタル酸回収装置２８により結晶化されて回収される。すなわちテレフタル酸回収装置２８の内部には羽根４１が取付けられたシャフト４１ａが矢印Ａの方向に回転している。羽根４１はシャフト４１ａに傾いて取り付けられているので、周囲のガスには回転と同時に下向きに流れようとする力が働く。ガス流路は羽根４１よりも大きく、また羽根４１の回転により発生する流れよりも軸方向のガスの平均流速はずっとおそいので、羽根４１の周囲には図４に示すような流れＢが発生する。そのような流れが発生することによりガスは側壁２８ａとよく接触し、冷却される。強い遠心力を受けて冷却された微少なテレフタル酸の結晶は側壁２８ａに押し付けられ、側壁２８ａに付着してさらに成長した後、はがれ落ちて側壁２８ａの下部に設けられた回収槽４４に溜まる。テレフタル酸以外に、水分、ＤＯＰや分子量の大きい有機物は、テレフタル酸回収装置２８でトラップされ、同時に回収槽４４に溜まる。回収槽４４内のテレフタル酸等はバルブ８０を閉め、パージガスを適当な時間流したあと、回収槽４４を取りはずして回収される。
【００３３】
テレフタル酸回収装置２８を通ったあとのガスは塩化水素ガスと分子量が小さい有機ガスと水蒸気から構成される。これらのガスは真空機構２９で大気圧となるよう調整され、凝縮器３０へと送られる。凝縮器３０には０℃程度までガスが冷却され、水分と有機ガスが取り除かれる。水分が凝縮すると水分に塩化水素ガスが溶け込み、濃塩酸となる。凝縮器３０は塩酸により腐食されないようにグラファイトやテフロン、塩化ビニルで製作された熱交換器が用いられている。
【００３４】
水分の凝縮により生成された塩酸と凝縮した有機物（凝縮油）は凝縮油・塩酸受タンク３１に溜まる。残りのガスは塩化水素ガスと低分子量（Ｃ１２以下）の有機ガスだけになる。このガスは次に活性炭タンク３２に送られ、Ｃ６〜Ｃ１２のガスが活性炭に吸収される。次にガスは塩酸吸収塔３３に送られ、塩化水素ガスは塩酸として回収される。Ｃ５以下のガスは水にほとんど溶けないので塩酸吸収塔３３および活性炭タンク３４を経て低級炭化水素ガス回収タンク３５に送られ、この低級炭化水素ガス回収タンク３５に回収される。
【００３５】
このように本実施の形態によれば、廃プラスチックは一旦乾燥ホッパ３内で乾燥、脱気された後、脱塩炉１４中に投入される。そのため廃プラスチックを投入する際に空気が脱塩炉１４内部に入ることを防ぐことができるので、火災や、ダイオキシンの生成を防ぐことができる。また、脱塩炉１４内への空気の混入を完全に防ぐことができるので、脱塩反応の際に発生するメタンやプロパン、ブタンなどの低級炭化水素ガスも燃料として回収することができる。
【００３６】
一般にフラフ状の物質の移送は、通常空気の流れを利用して行うのが効率的である。真空にするとフラフ状の物質は強固にブリッジを構成することがあるため、スクリューコンベヤなどを使う方法はあるが、スクリューコンベヤは速度が遅いのでフラフ状の物質の移動には適しない。
【００３７】
本発明によれば、上述したような羽根３７を有する撹拌板３６とリブ４０との働きにより、真空状態でもフラフ状の廃プラスチックを脱塩炉１４に移送することができる。ところで脱塩炉１４は３００℃以上の高温になるので、連結弁１２の温度も高くなり、連結弁１２に廃プラスチックが接触していると連結弁１２の上で廃プラスチックが溶けることになる。このときシャッター弁１１を設けることにより連結弁１２の入り口で廃プラスチックが溶けて詰まることを避けることができる。またシャッター弁１１の径をバルブ１２よりも若干小さくしておくと、廃プラスチックフラフの連結弁１２の壁面への溶融付着を避けることができ、スムースに廃プラを投入することができる。
【００３８】
また脱塩炉１４はバーナ２２で加熱された熱媒により加熱されるが、脱塩炉１４の炉壁は熱媒蒸気の凝縮によって加熱されるので蒸気の飽和温度できまる温度に均一に加熱される。脱塩炉１４の炉壁の温度は３００℃から３５０℃程度の範囲に設定されるので、加熱後のバーナ２２からの燃焼ガス温度は３５０℃程度になる。
【００３９】
本実施の形態では、乾燥ホッパ３に脱塩炉１４からの廃ガスを外気と混合して供給している。それゆえ、脱塩炉１４の加熱に必要なエネルギーを無駄無く使うことができる。ところで、廃プラスチック中に水分が含まれていると、それらは脱塩炉１４内において高温と真空圧力のためすべて蒸発する。蒸発した水蒸気はテレフタル酸回収装置２８、真空機構２９、および凝縮器３０へ順次送られ、周囲の塩酸を吸収して濃塩酸となる。これら装置２８，２９，３０における濃塩酸の量が多いと、塩酸吸収塔３３で製造される塩酸の量が著しく減少してしまう。同時に、テレフタル酸回収装置２８で回収されるテレフタル酸に塩酸が混入してしまい、著しくリサイクルを困難にする。本発明によれば乾燥ホッパ３を設けたので、廃プラスチックの水分含有量を適切な０．２％以下とすることができる。また、本実施の形態ではテレフタル酸をテレフタル酸回収装置２８により分離回収できるので、テレフタル酸による管閉塞や真空ポンプのトラブルを避けることができ、テレフタル酸のリサイクルも可能となる。一般家庭から排出される廃プラスチックは主にポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（以下塩ビ）、ＰＥＴで構成されるが、そのような組成の廃プラスチックの脱塩素を３００℃〜３５０℃程度で行うと、発生した塩酸の影響でＰＥＴが分解してテレフタル酸が生成される。ＰＥＴはＰＥＴボトルなどを取り除いても最大１０％程度、廃プラスチックの中に混入しているので、大量のテレフタル酸が発生することになる。このテレフタル酸は大気圧条件で３００℃以下では結晶化する性質があり、テレフタル酸が結晶化すると配管を閉塞させたり、あるいは真空ポンプを詰まらせたりする。この場合、テレフタル酸の蒸気を冷却していくと、非常に微細な結晶を生じる。この結晶は非常に微細なので脱塩素炉圧力条件（０．０１気圧〜０．５気圧）でも塩化水素ガス中を浮遊し、塩素水素ガスの流れに乗って真空ポンプに吸い込まれて大きな結晶となって真空ポンプを詰まらせたり、あるいは真空ポンプの吸い込み管を詰まらせたりする。本発明によれば、テレフタル酸の結晶に対して羽根４１により遠心力と剪断を加えることができる。このときテレフタル酸の結晶は壁面で成長し、高効率で回収できる。
【００４０】
また本発明では塩酸吸収塔３３の前後に活性炭タンク３２と３４を設けているが、活性炭はＣ６からＣ１２くらいの有機物を非常に良く吸収する。また、Ｃ１３以上の有機物はほとんど凝縮器３０において凝縮して回収される。このため塩酸吸収塔３３にはＣ５以下の有機物と塩化水素ガスが流れ込む。Ｃ５以下の有機物はほとんど水に溶けないが、たとえ溶けても製造された塩酸の品質を著しく落とさない。それゆえ本発明によれば非常に良質の塩酸を得る事ができ、塩酸のリサイクルが可能になる。
【００４１】
第２の実施の形態
次に図５により本発明の第２の実施の形態について説明する。図５に示す実施の形態はテレフタル酸回収装置２８の側壁２８ａ内に、支持棒４８によって支持されたリング４７を配置したものであり、他は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。図５において図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４２】
図５において脱塩素反応時に発生したテレフタル酸は、冷却されて側壁２８ａの壁面に付着する。この場合、支持棒４８を上下方向へ移動させることにより、側壁２８ａに付着したテレフタル酸を上下に移動するリング４７によって剥ぎおとし回収することができる。
【００４３】
一般に脱塩素反応時に発生しテレフタル酸回収装置２８で回収されるテレフタル酸結晶は、廃プラ中に含まれる水分や可塑材（ＤＯＰなど）の量によってかなりその性状を変える。テレフタル酸は純粋な状態では粉のようになって回収されるが、水分やＤＯＰの混入割合によっては粘土状になり流動性を失うことがある。本実施の形態によれば、リング４７を用いることで側壁２８ａの壁面に付着した粘土状のテレフタル酸の結晶を剥ぎ取ることができ、長期間初期性能を維持することができる。
【００４４】
第３の実施の形態
次に図６により本発明の第３の実施の形態について説明する。図６に示す実施の形態は、テレフタル酸回収装置２８の各羽根４１がその先端に拡大部４１ｂを有するとともに、この拡大部４１ｂがシャフト４１ａに対して傾斜し、羽根４１の拡大部４１ｂ周囲に下向きの流れが生じるようになっている。
【００４５】
他は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。図６において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４６】
図６において、シャフト４１ａおよび羽根４１の回転によって羽根４１の拡大部４１ｂ周囲に下向きの流れが生じる。
【００４７】
シャフト４１ａおよび羽根４１の回転によりガスは撹拌され、回転すると同時に羽根４１の拡大部４１ｂの周りに複雑な流れがおきる。ガスは側壁２８ａの壁面にまんべんなく接触し冷却される。テレフタル酸は側壁２８ａによって冷却されて結晶化し、ガスの遠心力と羽根４１の拡大部４１ｂ周りの流れによって側壁２８ａの壁面でその結晶を成長させる。側壁２８ａに付着したテレフタル酸は羽根４１の拡大部４１ａによりかきとられて回収槽４４へと落ちる。
【００４８】
本実施の形態では、羽根４１の回転により側壁２８ａの壁面に付着したテレフタル酸が削り取られるので取り扱いが簡単になる。また羽根４１の拡大部４１ｂによりガスを撹拌する効果は非常に大きいので、側壁２８ａを有効に使うことができ性能が高い。なお、拡大部４１ｂを有する羽根４１をスクリューとして用いても良い。
【００４９】
第４の実施の形態
次に図７により本発明の第４の実施の形態について説明する。図７に示す第４の実施の形態はテレフタル酸回収装置２８と真空機構２９との間に、テレフタル酸回収装置２８からのガスを断熱膨張させるノズル４９と、ノズル４９に連結された回収槽５０を設け、回転カッタ１６駆動用のモータ１７に電流センサ５２を設けるとともに電流センサ５２の信号に基づいてインバータ５１によりモータ１７を制御するようにしたものである。
【００５０】
図７において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５１】
図７において、テレフタル酸回収装置２８を通過したガスはノズル４９を通過し、流速を速める。この時ガスは流速の上昇に合わせて圧力が下がり、断熱膨張するので温度が若干さがる。この冷却効果と流速が速くなったことによる乱流撹拌効果によって、ガス中に残存するテレフタル酸は結晶化し、回収槽５０に落ちる。
【００５２】
一方モータ１７には電流センサー５２とインバータ５１が取り付けられている。モータ１７の出力トルクは電流値にほぼ比例するため、電流を検出してその電流値が一定になるようにインバータ５１によりモータ１７を制御すると、モータ１７の出力トルクはほぼ一定になる。
【００５３】
本実施の形態によれば、テレフタル酸回収装置２８を通過した後のガスにも若干のテレフタル酸が残っている。このテレフタル酸をノズル４９によって断熱膨張させることで、ガスの温度を下げるとテレフタル酸はノズル４９内で結晶化して回収槽５０へと落ちていく。このことにより、真空機構２９側に吸い込まれるテレフタル酸の量を減少させることができる。テレフタル酸は真空機構２９の圧縮の過程で結晶化し、真空機構２９内部に溜まる。そのため真空機構２９は定期的に内部を掃除することが必要となるが、ノズル４９と回収槽５０を設けることにより、メンテナンス周期を長くすることができる。
【００５４】
また、モータ１７に流れる電流値が一定になるように制御することにより、モータ１７を一定トルクで運転することができ、モータ１７の大きさを小さくすることができる。脱塩処理を行うため廃プラスチックをあらかじめ３５０℃に加熱された脱塩炉１４に入れると、廃プラスチックは徐々に加熱されて、溶融し最終的には３５０℃まで温度は上がっていく。この加熱の過程で廃プラスチックの性状は大きく変化する。投入直後はフラフ状であり、回転カッタ１６を脱塩炉１４内で回転させるトルクは非常に小さい。
【００５５】
脱塩炉１４の壁面に付着した廃プラスチックが溶融し、温度が上がっていくにつれ、廃プラスチックの粘度は急激に増大する。フラフ状廃プラスチックの粘度は１５０℃から２００℃程度で最大になり、温度が上がり完全に溶融する２５０℃を超えると小さくなる。回転カッタ１６を回転させるために必要なトルクは回転速度の二乗に比例するので、回転数を下げることでモータ１７のトルクを減少させることができる。モータ１７に流れる電流値はモータの出力に比例しているので、電流値が一定になるように回転数を制御することにより、一定回転数で運転した場合に比べてトルクの大きくなる温度領域を小さなトルクで通過することができる。そのためモータ、減速ギヤ、回転カッターシャフトをすべてより小さく設計できるので、装置製作に必要なエネギーを減少させることができる。
【００５６】
また常にトルクを一定で運転させることで、廃プラスチックの粘度の低い領域では高い回転数で運転することになる。脱塩炉１４の加熱壁からプラスチックへの熱伝達は回転数に比例して良くなるので、回転数が高い分だけ速く処理を済ませることができ、効率も向上する。
【００５７】
第５の実施の形態
次に図８により本発明の第５の実施の形態について説明する。図８に示す第５の実施の形態は、吸込ブロア７と凝縮器６を除くとともに、乾燥ホッパ３と真空ポンプ５との間にドレンタンク５８を設け、排気配管２４の代わりに乾燥ホッパ３に熱媒ジャケット５３を設け、この熱媒ジャケット５３に熱媒加熱循環装置５４を接続したものである。
【００５８】
他は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。図８において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
図８に示すように乾燥ホッパ３ａの上部には、内部に冷却水を通す冷却管コイル５５が設けられている。また冷却管コイル５５の下にはドレン受５６があり、ドレン受５６の内側にはメッシュ５７が設けられている。ドレン受５６はドレンタンク５８に接続され、さらにドレンタンク５８は真空ポンプ５に接続されている。またドレン受５６の下面にはスイッチ５９が取り付けられ、乾燥ホッパ３の最下部には光式センサー５９ｂ，５９ｃが備えてある。
【００６０】
図８において乾燥ホッパ３には真空ポンプ５を作動させ廃プラスチックのフラフが吸い込まれる。所定量吸い込まれるとスイッチ５９が廃プラスチックにより押されてＯＮとなり、吸い込みのための真空ポンプ５を止める。乾燥ホッパ３の熱媒ジャケット５３には温度１００℃くらいの熱媒体が循環されており、吸い込まれた廃プラスチックのフラフは羽根３７を有する撹拌板３６で撹拌されながら加熱される。次に乾燥ホッパ３内部は真空ポンプ５により排気され真空にされる。このとき廃プラスチック中に含まれる水分は加熱により蒸発し、冷却管コイル５５表面で凝縮してドレン受５６に落下し、ドレン受５６内の凝縮水はその後ドレンタンク５８に回収される。廃プラスチックの乾燥が終わったらシャッタ弁１１を開けて廃プラスチックを脱塩炉１４の中に投入するが、廃プラスチックの投入終了は光りセンサー５９ｂ，５９ｃの信号により検出される。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、スイッチ５９を設けたことにより乾燥ホッパ３内への廃プラスチックの投入量を簡単に検出することができ、毎回作業者が、投入廃プラの重量や嵩をはかる必要がなくなる。また光センサー５９ｂ，５９ｃにより脱塩炉１４への投入終了を検出することができる。ところで乾燥ホッパ３内は真空排気されるので、水蒸気だけで満たされることになる。この場合、水蒸気の移動を妨げるものは無いので、蒸発した水蒸気は冷却管コイル５５の表面で次々と凝縮していく。このため、非常に効率よく廃プラスチックを乾燥させることができる。また乾燥後にあらためて真空排気する必要がないので、サイクルタイムを減少させることができる。またすでに説明したように廃プラスチックの十分な乾燥によって塩酸回収塔で回収される塩酸の収率があがる。
【００６２】
第６の実施の形態
次に図９により本発明の第９の実施の形態について説明する。図９に示す第６の実施の形態は真空機構の構成をより詳細に示したものであり、他は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６３】
真空機構２９は上面６３ａを有する容器６３と、容器６３内に設けられたシリンダ６１と、シリンダ６１内に摺動自在に配置されたピストン６０とを有し、容器６３には吸込管６５と吐出管６６が各々接続されている。またシリンダ６１には穴６５ａが形成され、さらにシリンダ６１上には弁体６２が載置されている。またピストン６０はロッド６４により駆動されるようになっている。
【００６４】
このうちピストン６０およびシリンダ６１は、テフロンやグラファイトなどの塩酸による腐食に非常に強い材料で製造される。また弁体６２、容器６３も同様腐食に強いテフロン、グラファイト、塩化ビニル、ステンレスなどの材料やそれらの組み合わせで作製される。
【００６５】
図９において、ピストン６０はシリンダ６１内を上下運動する。ピストン６０の上死点は弁体６２の下面に設定され、ピストン６０が上死点まで移動していくと、やがて圧縮によりシリンダ６１内部のガスは圧縮され弁体６２を押し上げてシリンダ６１内を排気する。ピストン６０が上死点に達すると、弁体６２とピストン６０の上面が当接するのでシリンダ６１内部のガスは追い出される。
【００６６】
次にピストン６０は降下する。シリンダ６１には穴６５ａが開けられているが、ピストンの下死点はこの穴６５ａが完全に開いて、シリンダ６１内と吸込管６５が連通する位置に定められる。ピストン６０が更に下がっていくと弁体６２と、シリンダ６３と、ピストン６０によって囲われている空間はＯリングによりシールされているので真空になる。さらにピストン６０が下がると穴６５ａが開く。この時シリンダ６１内は真空になっているので吸込管６５からガスがシリンダ６１内へ吸い込まれる。ピストン６０が下死点に達し、次に徐々に上昇していくとシリンダ６１内部に吸い込まれたガスは再び圧縮され排気される。
【００６７】
本実施の形態によれば、真空機構２９では主要な部品であるピストン６０とシリンダ６１を塩酸に対してまったく腐食されない材料で製造することができる。真空機構２９内に水蒸気が吸い込まれると圧縮により凝縮水が生成し、これに塩化水素ガスがとけ込み、濃塩酸ができる。通常の油回転ポンプを使用すると、この濃塩酸による腐食により真空機構が短時間で壊れてしまう。通常の油回転ポンプは比接触式のルーツ真空ポンプ、またはスクリュー真空ポンプからなり、これらは精密加工が必要なので金属材料以外で製造するのは難しい。またステンレスやハステロイなどの耐腐食性の材料を使っても腐食を完全に防ぐことは出来ない。またそれらの材料では精密加工が困難であるので性能の良い真空ポンプができない。また真空ポンプにはテレフタル酸がわずかではあるが吸い込まれるので、それが堆積して吸い込み口、バラスト穴や油循環系に詰まってしまう。吸い込み口が詰まるとそれ以上ガスを吸い込めなくなってしまうので、脱塩素炉内部の圧力が上昇し、ダイオキシンが生成されてしまうだけでなく、爆発などの危険も発生する。
【００６８】
本実施の形態によれば、真空機構２９はガスの吸い込みが瞬間的におきるのでテレフタル酸により吸込口６５や穴６５ａが詰まる事はない。またたとえテレフタル酸が堆積してもこのテレフタル酸は吸い込みの際の強いガスの流れに乗って吹き飛ばされてしまう。またシリンダ６１内に吸い込まれたテレフタル酸もシリンダ６１内部で凝縮して発生した塩酸やＤＯＰなどと一緒に出口に排出されてしまうので、詰まりの心配はない。さらにこの構造では、容器６３の上面６３ａを開けることにより弁体６２およびシリンダ６１内部を簡単に掃除ができ、メンテナンスが非常に容易である。
【００６９】
第７の実施の形態
次に図１０により本発明の第７の実施の形態について説明する。図１０に示す第７の実施の形態は脱塩炉１７に接続されたプラスチック冷却固化装置の構造が異なるのみであり、他は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。
図１０に示すように、脱塩炉１４には弁２７を有する排出管２５を介してプラスチック冷却固化装置２６が接続され、脱塩炉１４と排気管２５との間にはスリュー６５が配設されている。また排気管２５の端部には蓋６６が取付けられている。
【００７０】
またプラスチック冷却固化装置２６内には、外周に凹凸を有する回転円盤６７が設けられ、この回転円盤６７はモータ６８により駆動される。さらにプラスチック冷却固化装置２６内には冷却水６９が収納されている。
【００７１】
またプラスチック冷却固化装置２６には、弁７１を介して冷却水タンク７０が接続されている。さらにプラスチック冷却固化装置２６には、配管７２を介して凝縮器７３、ドレン受タンク７４および真空ポンプ７５が順次接続されている。
またプラスチック冷却固化装置２６の下部には、弁７６が取付けられており、弁７６の下方にはメッシュ７８を有する廃プラ受タンク７７が設けられている。
図１０において、脱塩炉１４における脱塩素が終わった時点でまず弁８０を閉める。次に弁２７を開けスクリュー６５を正回転させ、脱塩炉１４内部の溶融廃プラスチックをプラスチック冷却固化装置２６内に排出する。スクリュー６５は通常の脱塩素運転時には逆回転しており、廃プラスチックを常に脱塩炉１４内に押し戻すように運転される。プラスチック冷却固化装置２６内に排出された廃プラスチックは、冷却水６９により冷却され固体になる。プラスチック冷却固化装置２６内はあらかじめ真空排気されており、冷却により発生した水蒸気はただちに配管７２を通って凝縮器７３で凝縮され、ドレン受タンク７４に流れ込む。
【００７２】
プラスチック冷却固化装置２６内部には円盤６７が回転していて、円盤６７に当接する溶融廃プラや固体廃プラは弾き飛ばされて粒状になる。十分時間がたった後には粉砕はさらに進み冷却水６９の中には粉砕された廃プラスチックが混濁した状態になる。その時点ではプラスチック冷却固化装置内部の水蒸気圧力は下がり、再び真空状態になる。その時点で弁２７を閉め、プラスチック冷却固化装置２６に空気を注入し弁７６を開放する。この場合、プラスチック冷却固化装置２６内部の冷却水７９と一緒に粉砕された廃プラスチック７９が廃プラ受タンク７７内へ排出される。廃プラ受タンク７７内では適当な大きさのメッシュ７８により水を切ると廃プラスチックから作られた燃料が取り出される。
【００７３】
本実施の形態では廃プラスチックは冷却と同時に粉砕される。プラスチックは熱伝導が悪く冷却し難いが粉砕しながら冷却するために効率的に冷却が進むメリットがある。またすでに粉砕した廃プラスチックが得られるので燃焼する際に粉砕する必要がなく、また粉砕してあるので輸送が非常に簡単になり、空気流によって輸送したり、また水流に乗せて輸送したりすることもできるようになる。
【００７４】
塩化ビニルには炭酸カルシウムが、塩化ビニルの安定化の目的で大量に混入されている場合がある。塩化ビニルから脱塩素を行うと塩化水素が発生するが、この塩化水素が炭酸カルシウムと反応し、塩化カルシウムを作る。そのため炭酸カルシウムが混入されている場合、脱塩素しても塩素が十分に抜けない。ところが塩化カルシウムは水に良く溶けるので、本実施の形態のように冷却水６９中で廃プラスチックの粉砕を行うと、水に脱塩素したプラスチック中に含まれる炭酸カルシウムや塩化ナトリウムが溶け出し、脱塩素した廃プラスチック燃料中の塩素濃度が更にさがる。
【００７５】
第８の実施の形態
次に図１１および図１２により本発明の第８の実施の形態について説明する。図１１および図１２に示す第８の実施の形態は、プラスチック冷却固化装置２６内に回転カッタ８２とローラ８３ａ，８３ｂを回転自在に設けるとともに、これら回転カッタ８２とローラ８３ａ，８３ｂをモータ６８により回転させ、脱塩炉１４内においてモータ１７により回転するシャフト８１ａにローラ８１を固着したものである。
【００７６】
他は図１０に示す第７の実施の形態と略同一である。図１１および図１２において図１０に示す第７の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７７】
図１１において脱塩炉１４に投入された廃プラスチックはローラ８１で押しつぶされながら脱塩炉１４の加熱壁に押し付けられる。廃プラスチック中の塩化ビニルはこのローラ８１により偏平になり、増大した表面から脱塩素によって発生した塩化水素ガスを放出する。脱塩素後の廃プラスチックは、スクリュー６５により排出される。廃プラスチックの排出前に弁８０を閉止し、弁２７を開ける。スクリュー６５を正回転させると脱塩炉１４内部の廃プラスチックはプラスチック冷却固化装置２６へと流れ込む。プラスチック冷却固化装置２６内部には冷却水６９が収納されており、水６９中では回転カッタ８２とローラ８３ａ，８３ｂが回転している。冷却水６９内に落下した高温の溶融廃プラスチックは冷却され固体になる。プラスチック冷却固化装置２６の入口は偏芯しているので、固体になった廃プラスチックは折り取られて小さな固まりになる。小さな固まりは表面積が大きいのですぐに冷却され固まり、固まった小塊は次にローラー８３ａ，８３ｂによって粉砕される。廃プラスチックの冷却が終わると、プラスチック冷却固化装置２６内部の圧力が下がる。その時点で弁２７を閉止し、プラスチック冷却固化装置２６内部に空気を導入して弁を開けて廃プラスチックの粉末が混濁した水を廃プラ受タンク７７へ排出する。廃プラ受タンク７７内でメッシュ７８により濾過すると廃プラスチック粉末燃料が選られる。
【００７８】
本実施の形態においては脱塩炉１４内部にはローラ８１ａが取り付けられており、ローラ８１ａによって廃プラスチックを押しつぶすようになっている。廃プラスチックは押しつぶされて脱塩炉１４の壁面に押し付けられて薄く延ばされる。この薄く延ばされた部分の廃プラスチックはすぐに溶融し、脱塩素温度以上となって脱塩素がおきる。薄く延ばされた部分以外の廃プラスチックは少しずつ溶けたり崩れたりしてローラ８１ａの部分に流れ込み順次脱塩素される。そのため脱塩素による塩化水素ガスやその他の分解ガスの発生を平準化することができる。そのため真空機構２９やテレフタル酸回収装置２８のサイズを小さく設計することができる。またガスの発生が平準化されるので高濃度の塩化ビニルが含まれる際に有利である。なお１００％の塩化ビニルを処理する場合には図１１に示すローラ８１ａの代わりに図１２に示すようなローラ８１ｂ，８１ｃを用いてもよい。
【００７９】
図１１および図１２において、廃プラスチックは冷却されローラ８３ａ，８３ｂにより粉砕して廃プラ受タンク７７内へ排出される。粉砕した廃プラスチックは良く燃え、また廃プラスチック中に含まれる塩化カルシウムが粉砕と同時に溶け出るので廃プラスチック燃料中の塩素濃度をさらに下げる効果がある。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、乾燥ホッパ内で乾燥し脱気された廃プラスチックが脱塩炉内において加熱されて脱塩処理されるので、脱塩炉内に空気が混入することはない。このため脱塩炉内において、火災やダイオキシンが生成することはなく、安全な脱塩処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃プラスチック処理装置の第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】乾燥ホッパを示す詳細図。
【図３】テレフタル酸回収装置を示す図。
【図４】テレフタル酸回収装置の拡大断面図。
【図５】本発明による廃プラスチック処理装置の第２の実施の形態を示す図。
【図６】本発明による廃プラスチック処理装置の第３の実施の形態を示す図。
【図７】本発明による廃プラスチック処理装置の第４の実施の形態を示す図。
【図８】本発明による廃プラスチック処理装置の第５の実施の形態を示す図。
【図９】本発明による廃プラスチック処理装置の第６の実施の形態を示す図。
【図１０】本発明による廃プラスチック処理装置の第７の実施の形態を示す図。
【図１１】本発明による廃プラスチック処理装置の第８の実施の形態を示す図。
【図１２】図１１に示す実施の形態の変形例を示す図。
【符号の説明】
１投入ホッパ
３乾燥ホッパ
５真空ポンプ
６凝縮器
７吸込ブロア
１４脱塩炉
１６回転カッタ
２２テレフタル酸回収装置
２９真空機構
３０凝縮器
３１凝縮油・塩酸受タンク
３２，３４活性炭タンク
３３塩酸回収塔
３５低級炭化水素ガス回収タンク
３６撹拌板
３７羽根
４１羽根
４１ａシャフト
４１ｂ拡大部
４７リング
４８支持棒

Claims

ポリ塩化ビニルを含む廃プラスチックを乾燥させかつ脱気する乾燥ホッパと、
乾燥ホッパ内を真空排気する真空ポンプと、
回転カッタを有し、乾燥ホッパからの廃プラスチックを略真空状態で加熱させながら回転カッタで破断して塩素を発生させる脱塩炉と、
脱塩炉内の塩素を排気する真空機構と、
真空機構によって排気された脱塩炉からの塩素を回収する塩酸回収塔と、を備えたことを特徴とする廃プラスチック処理装置。
脱塩炉内に廃プラスチックを押しつぶす回転ローラが設けられていることを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック処理装置。
乾燥ホッパ内に廃プラスチックを脱塩炉側へ送り込む移送装置が設けられていることを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック処理装置。
脱塩炉と真空機構との間に、脱塩炉から送られるガス中のテレフタル酸を回収するテレフタル酸回収装置を設け、
このテレフタル酸回収装置は側壁と、側壁を冷却してテレフタル酸を凝縮させる冷却手段と、
テレフタル酸を撹拌する撹拌装置を有することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック処理装置。
テレフタル酸回収装置は、側壁内に付着する付着物を掻き落とす掻落手段を有することを特徴とする請求項４記載の廃プラスチック処理装置。
テレフタル酸回収装置と真空機構との間に、テレフタル酸回収装置からのガスを断熱膨張させるノズルを設けたことを特徴とする請求項４記載の廃プラスチック処理装置。
脱塩炉の回転カッタは、その出力トルクが一定となるよう駆動制御されることを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック処理装置。
乾燥ホッパへ投入される廃プラスチックの投入量を検出する手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック処理装置。
廃プラスチックの乾燥状態を監視する手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック処理装置。
真空機構は、各々の内面が耐食性材料からなるシリンダと、ピストンとを有することを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック処理装置。
脱塩炉に、脱塩炉から生じる溶融プラスチックを冷却固化して回収するプラスチック冷却固化装置を接続したことを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック処理装置。