JP4247789B2 - 樹脂成分の分解方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成分の分解方法に関し、特に、産業廃棄物中に混入する廃プラスチック類を分離するためにその樹脂成分を分解する方法に関する。

産業廃棄物は、樹脂、金属、ガラス、土砂、木片及び油分などの多種類のものが混入した状態であり、費用と手間の観点から、分別処理を行うことなく埋立処分に依存する処理方法が主流であった。しかしながら、最近はリサイクル意識が高まり、難分解性の有機物の新しい処理方法が要望されている。そして、このため、現在の主流は、複数の処理段階を経た後に焼却処分する方法に移行しつつある。

この状況は、廃車体中の樹脂成分の処理に関しても全く同様である。即ち、樹脂成分の処理に際しては、廃車中の樹脂集中部分を粉砕した後に、廃車起源の廃棄物を水蒸気分解して得られる廃油成分や、固形物を触媒作用により分解した際の分解残渣などを燃焼により焼却することで処理の完結とするのが一般的な処理方法となっている。

ところが、上記のような過程で焼却を行うと、残渣物中の塩ビ樹脂を起源とする塩素ガスを生じるおそれがあり、対策を取らぬまま放置しておくとダイオキシンを生じる可能性もある。そこで、残渣物生成の過程で、樹脂成分を選別分離することができれば理想的であるが、樹脂集中部分を多く含む粉砕ダストは、通常、断熱材や木屑、ガラス片やハーネス、塩ビ被覆線、土砂等の多種類のものが複雑に混入した状態で得られ、混入物の種類ごとにそれぞれ適切に対応した除去作業を行わない限り、樹脂成分のみを分離することはできない。また、耐熱性や耐油性などの機能性付加のため、樹脂成分に添加剤を使用したり、表面処理を行ったりして成分組成が複雑であることが多い。このため、樹脂だけを分離するには、数多くの手順を経ねばならず、現実には樹脂成分の完全分離に至らぬまま上記のような焼却処分を行っている。この結果、発生する塩素ガスへの対策が不十分なままであることは否めない。

従来、この種の塩素ガス対策を講じたものとして特許文献１に示すものが知られている。このものは、前段の溶解分別工程において炭化水素系プラスチックを選択的に溶解した後に、塩ビなどの異炭化水素系プラスチックに対する熱分解工程を行って塩化水素系ガスの除去を行う。

ところで、このような熱分解工程の反応には、反応効率向上のため触媒を介在させることが多い。例えば、特許文献２に示すものは、水酸化鉄、四酸化三鉄、三酸化二鉄などの鉄系化合物を触媒として水蒸気による接触分解反応を進行させて重質油を分解する。そして、特許文献１の溶解分別工程で得る樹脂成分溶解液を、このような触媒存在下での接触分解反応により分解することにより、樹脂成分に対する分解工程の効率向上を実現し得ると考えられる。
特開平１１-３１０６５９号公報（第４頁、図１及び図２） 特開２００２-１２９１７１号公報（第４頁）

しかしながら、特許文献２の触媒反応は、一般的に、高温（４００〜７００℃）及び高圧（２５ＭＰａ）が必要であるため、これに耐え得る構造の装置が必要となり、装置構成の複雑化は避けられない。

本発明は上記問題点に鑑み、簡略化した工程や装置構成により、ダイオキシン予防対策を含め確実かつ効率良く樹脂成分の分解を行い得る方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明の樹脂成分分解方法は、触媒を添加した有機溶媒にシュレッダーダストを投入して得られる廃棄物浸漬溶液を１７０〜２４０℃に加熱する第１予備加熱工程と、水蒸気温度として３９０℃以下の反応条件下で行われる水蒸気とシュレッダーダストとの接触反応工程とを備え、第１予備加熱工程と水蒸気とシュレッダーダストとの前記接触反応工程との間に、シュレッダーダストを２８０〜３９０℃に加熱する第２予備加熱工程を備えたたことを特徴とする。

また、上記の方法を、触媒を添加した有機溶媒に、プラスチック含有廃棄物を投入して得られる廃棄物浸漬溶液に対して水蒸気による接触分解反応を行うものとしても良い。

いずれの場合も、大部分の樹脂成分が浸漬溶液中に溶出した状態となり、触媒存在下での水蒸気の接触反応により、この溶出樹脂成分の炭化水素分子骨格が水蒸気との水和反応及び活性水酸基との結合により断片化し分解される。

また、上記の触媒として、ＦｅＯ粉末を用いることができる。従来の水酸化鉄、四酸化三鉄、三酸化二鉄などの鉄系化合物触媒時の反応が高温高圧の反応条件を要したのに対し、ＦｅＯ粉末触媒では、必要な反応圧力が、全圧１．０１〜１．３気圧に対する水蒸気分圧として０．０１〜０．３気圧で足り、即ち、ほぼ常圧での反応進行が可能であり、また、必要な水蒸気温度も３９０℃以下、特に、１１０〜１５０℃で済む。したがって、複雑な装置構成やこれに伴う工程が不要である点で簡便に樹脂成分分解を行い得る。さらに、この反応温度は、ダイオキシンの発生温度（４００〜６５０℃）を大幅に下回るため、廃棄物中に塩ビ樹脂が含まれていてもダイオキシン発生対策が可能である。

そして、上記した樹脂成分分解工程を、この分解工程から発生した分解残渣を用いて行う残渣燃焼工程や焼却灰溶融工程に対する前処理工程と位置付けることができる。

また、触媒ＦｅＯ粉末の添加量は、樹脂含有混在物（分解対象物）全体に対して５重量％以下であることが望ましい。触媒効果は、この５重量％程度で飽和することが認められ、５重量％を越える重量の触媒ＦｅＯ粉末を添加しても触媒増量に見合う効果が得られず、あるいは過剰の触媒粉末同士が凝集して反応が不均一に行われるおそれがある。また、触媒が失活した際などの触媒交換に要する作業が多くなるなど、かえって望ましくない結果を招くことになる。

なお、ＦｅＯ触媒存在下の水蒸気接触反応は、分解熱や水和熱などの反応熱が反応を促進するものである。したがって、反応時に撹拌を行うと触媒粉末が凝集して反応の不均一化を招くおそれがある。このことからも、本発明方法は、有機溶媒に触媒を散布した当初の状態のまま行うことができ、即ち、撹拌や振盪などの機械的操作を特別要することのない利点を備えた簡便な方法であると言える。

本発明による樹脂成分分解方法によれば、ＦｅＯ触媒存在のもと、大幅に緩和された反応条件（全圧１．０１〜１．３気圧に対して水蒸気分圧０．０１〜０．３気圧、水蒸気温度１１０〜１５０℃）下での溶出樹脂成分の分解が可能となる。このため、装置構成や工程の簡素化が可能となる。樹脂成分の分解は、廃棄物処理の前処理工程と位置付けられ、全体の装置構成や処理工程中の負担をこのように軽減できることは重要である。

また、上記反応条件の緩和は、特に、塩ビ樹脂を含有した廃棄物処理時のダイオキシン発生対策の観点から好ましく、このため、本発明方法により廃棄物処理を良好に行うことができる。

また、本発明装置によれば、ほぼ常圧でしかも比較的低い温度の水蒸気による接触分解反応により行うため、ダイオキシン予防対策を備えたうえで、簡易的な樹脂成分分解を確実に行うことができる。また、装置構成においても常圧下での水蒸気接触反応を前提とするので、耐圧及び耐熱構造に要する設備負担を抑制することができる。

図１は、本発明の第１態様に相当する樹脂成分分解工程用装置の概略図である。本装置は、中空構造の反応容器１と、その上部に設けた尖塔構造のチムニー２経由で接続される蒸留器３とにより構成される。反応容器１は、その底部に電熱ヒータ４が設けられ、また、内部には、水蒸気導入管５が外部から挿入されている。さらに、この水蒸気導入管５の下端部分は水平方向の分岐管６として形成され、分岐管６には所定間隔で多数の通孔７が穿設される。

この装置を用いた廃棄物処理の対象となるのは、シュレッダーダストと称される廃車起源の廃棄物を粉砕したものである。そして、その内容は、ウレタン樹脂、ＰＶＣ樹脂、ＰＰ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＥ樹脂などの樹脂成分、ＢＲ、ＳＢＲなどのゴム成分、ワイヤ、ハーネス、ボルト、ナット、釘、針金などの金属鉄成分、ＰＶＣ被覆導線、電極端子、真鍮などの金属銅成分や残部土砂分などが混在したものである。

そして、上記した樹脂成分の分解を行うには、あらかじめ樹脂成分を溶解してある程度分離させておくことが有効である。このため、シュレッダーダストを反応容器１に投入した後に、弱極性または非極性溶媒と、強極性溶媒とから成る混合溶媒を注入し、これに浸漬した状態とする。このとき用いる溶媒は、非極性溶媒として、廃ガソリン、廃軽油、廃灯油、シンナー、ベンゼン、へキサンなど、弱極性溶媒としてアセトンなど、そして、強極性溶媒として、Ｎ-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、γ-ブチロラクトン、ジアセトンアルコール、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、エチルベンゼン及び２-ピロリドンなどである。弱極性または非極性溶媒としては、上記した溶媒物質を複数用いた混合物を用いても良い。これにより、プラスチック含有廃棄物中の炭化水素系プラスチックと、塩ビに代表される異炭化水素系プラスチックとは、それぞれ弱極性/非極性溶媒及び強極性溶媒に溶解する。

さらに、このような混合溶媒にシュレッダーダストを浸漬して成る浸漬溶液の液面に、ＦｅＯ粉末から成る触媒を万遍なく散布する。このようにＦｅＯ粉末から成る触媒を散布した、シュレッダーダストの浸漬溶液に対して、導入管５の上端部分から水蒸気を導入する。

即ち、電熱ヒータ４による加熱温度を調整して、容器１の内部を３９０℃以下に抑制しながら、水蒸気導入管５より、１１０℃の水蒸気を分圧０．１５気圧（全圧１．１５気圧）、流量２０Ｌ/秒で連続的に導入する。そして、通孔７からシャワー状に噴出する際に、対向する電熱ヒータ４により加熱された状態で、シュレッダーダストの浸漬溶液内を水蒸気が上昇し、その際に溶媒中に溶出した樹脂成分や、シュレッダーダストに含有されたままの固体状態の樹脂成分と接触し、水和反応によりその炭化水素骨格を分解する。

一方、液面に散布したＦｅＯ触媒は、図２に示すように、その分子中の含有酸素原子が、水蒸気中の水分子と相互作用することにより、触媒表面で活性化する。そして、遊離した活性酸素原子が、樹脂成分たる炭化水素化合物中の炭素原子間の結合を切断し、樹脂成分の分解反応に進展する。即ち、ＦｅＯ粉末触媒による触媒作用により、水蒸気による接触分解反応が増幅され、樹脂成分が効率的に分解される。

分解された樹脂成分は、気化した状態でチムニー２内を上昇し、蒸留器３内へ誘導される。そして、内部の邪魔板９への衝突を繰り返しながら、水流パイプ１０により冷却されて、蒸留留分として回収口１１より回収される。蒸留留分として得られる廃油成分内に検出されるのは、アルコール類、カルボン酸等の有機酸類、エステル類、ケトン類、飽和炭化水素類であり、ダイオキシンなどの有害物質は認められない。

なお、ＦｅＯ触媒存在下の水蒸気接触反応は、分解熱や水和熱などの反応熱が反応を促進するものであるが、反応時に撹拌を行うと触媒粉末が凝集して反応の不均一化を招くおそれがある。したがって、廃棄物の表層部分や有機溶媒に触媒を散布した当初の状態のままで良く、撹拌や振盪などの機械的操作は不要である。

また、本形態において、混合溶媒にシュレッダーダストを浸漬し、その後にＦｅＯ粉末を散布するものとしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、シュレッダーダストの表層部分にＦｅＯ粉末を添加し、これを有機溶媒に浸漬して得られる廃棄物浸漬溶液に対して、水蒸気による接触分解反応を行っても良いし、あるいは、ＦｅＯ粉末を添加した有機溶媒に、シュレッダーダストを投入して得られる廃棄物浸漬溶液に対して、水蒸気による接触分解反応を行っても良い。

また、上記した樹脂成分分解工程を、その後の残渣燃焼工程や焼却灰溶融工程を行う以前の前処理工程と位置付けることができる。

即ち、シュレッダーダストなどの樹脂含有混在物（以下、分解対象物と記す。）の前処理工程における部分工程は、下記にしたがって順次行う６工程で構成することが可能である。

第１工程：投入した分解対象物と外気との隔絶。
第２工程：分解対象物中の固結部分に対する固着状態の緩和及び脆弱部分に対する小片化 。
第３工程：分解対象物の略均一寸法への調整。
第４工程：ＦｅＯ粉末触媒を散布させた第１予備加熱温度の有機溶媒液中への分解対象物 全体の浸漬。
第５工程：上記有機溶媒液外に戻した後の分解対象物に対する第２予備加熱。
第６工程：分解対象物に対する水蒸気接触反応。

この際に、各部分工程が担う役割は以下の通りである。

第１工程：投入後の分解対象物を外気と隔絶することにより工程中の酸素供給を抑制基調 とする。これにより、第４、第５及び第６の各工程で想定される可燃ガスの自 然発火が防止され、加熱条件下での分解反応を確実に行うことができる。
第２工程：固結部分と脆弱部分とが混在する分解対象物に対して予備的に部分解体を行い 、その後の第３工程における寸法略均一化を容易にする。
第３工程：中枢の水蒸気接触反応（第６工程）において、導入水蒸気が対象物の細部全体 に亘って接触するように分解対象物寸法を反応最適サイズに揃えて最良の反応 収率を得る。
第４工程：中枢の水蒸気接触反応時に導入する水蒸気温度と比べて温和な第１予備加熱温 度（約１７０〜２４０℃）の有機溶媒に対する完全浸漬工程を経ることにより 、この予備加熱段階で、樹脂成分に含まれる塩ビ樹脂起源の塩素原子が化合さ れてほぼ完全に消費される。化合生成物たる塩化水素は、予備加熱温度（約１ ７０〜２４０℃）において気相転移するものであり、即ち、塩化水素ガスの状 態で得られるので排出ガスとして効率的に除去できる。また、予備加熱温度に 昇温しておくことで、その後に控える中枢第６工程で必要な高温状態（２８０ 〜３９０℃）到達に要する昇温時間短縮を助長する効果がある。さらに、あら かじめ浸漬溶媒中にＦｅＯ粉末から成る触媒を散布しておくことにより、浸漬 する分解対象物の表面全体に触媒ＦｅＯ粉末が均等に分布した状態となる。そ して、溶媒外に搬出された後も、分解対象物全体に触媒ＦｅＯ粉末が付着状態 で均等に保たれることになり、その後の第５及び第６工程中に亘って反応系に 留まることが可能になる。即ち、所望の水蒸気接触反応が開始されるまでの間 に触媒ＦｅＯ粉末が欠落するおそれが少なく確実な反応関与が可能となる。な お、添加する触媒として、ＦｅＯ以外にもＦｅ₂Ｏ、ＦｅＯ₃を用いても後の 水蒸気接触分解反応に対する触媒作用を同様に得られる。また、使用可能な有 機溶媒は、非極性溶媒として、廃ガソリン、廃軽油、廃灯油、シンナー、ベン ゼン、へキサンなど、弱極性溶媒としてアセトンなど、強極性溶媒として、Ｎ -メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラ ヒドロフラン、γ-ブチロラクトン、ジアセトンアルコール、メチルイソブチ ルケトン、メチルエチルケトン、エチルベンゼン及び２-ピロリドンなどであ る。
第５工程：浸漬溶媒から溶媒液外に戻された後に、中枢の水蒸気接触反応時に導入する水 蒸気温度をやや下回る程度の第２予備加熱温度（約２８０〜３９０℃）の予備 加熱工程を経ることにより、第４工程において除去に至らなかった残留塩素の 塩化水素ガス化を促進し、塩ビ樹脂起源の塩素成分の徹底除去を行う。この予 備加熱工程を経ずに、高温（約２８０〜３９０℃）条件下での水蒸気接触反応 に直接至る場合、急激な昇温により例外的な過熱状態が生じ、残留塩素原子に 由来するダイオキシン発生を招くおそれがある。塩素成分の徹底除去と段階的 な昇温とを兼ねた予備加熱工程を経ることで、水蒸気接触反応により所期の樹 脂成分分解処理を行うことができる。
第６工程：予備加熱温度を維持したまま、約２８０〜３９０℃の水蒸気を導入することに より、最適サイズに細分化された後の表面全体に触媒ＦｅＯ粉末が概ね均等に 付着した状態の分解対象物の隅々で水蒸気接触分解反応が行われ、最終的に樹 脂成分が分解生成ガスに変換して排出される。分解ガスの成分は、主成分たる 炭化水素ガス、水分及び窒素ガスと、僅小成分たる酸素ガスなどである。ま た、水蒸気温度を３９０℃以下に設定することにより、ダイオキシン発生温度 （約４００〜６５０℃）を確実に下回り、所望の樹脂成分分解を得ることがで きる。なお、分解反応の残渣分は、乾燥後、その後の燃焼工程により処理され る。

そして、シュレッダーダストなどの樹脂含有混在物（以下、分解対象物と記す。）の残渣燃焼工程や焼却灰溶融工程に先立つ前処理工程としての樹脂成分分解工程を行うためのシュレッダーダスト用樹脂成分分解装置１００の概略を図３に示す。分解装置１００内は、開閉シャッターから成る仕切り板１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７で仕切られて、二重シャッター室１０８、部分解体室１０９、寸法調整室１１０兼溶媒浸漬室１１１兼触媒添加室１１２、予備加熱室１１３、水蒸気接触反応室１１４、残渣処理室１１５、残渣回収室１１６が構成される。即ち、二重シャッター室１０８を備えるホッパー１１７から投入された分解対象物１１８が、上記各室を経由して分解反応に供された後、残渣回収室１１６の床面兼用シャッター１１９上に反応残渣物が回収され、搬送車１２０の天井シャッター１２１及び上記床面兼用シャッター１１９の開閉により、搬送車１２０に搬出されて、その後の工程に持ち込まれる構成となっている。

また、装置内で発生が予想される可燃ガスの発火を防ぐため、装置１００内部には、ガス導入口１２３、１２４を介して一定流量の不活性（窒素）ガスが導入され、吹き出し孔１２５、１２６、１２７などから各室をパージする構造としている。また、予備加熱室１１３、水蒸気接触反応室１１４、残渣処理室１１５の各室には、第１排気口１２８、第２排気口１２９、第３排気口１３０が設置され、各室で発生する生成ガスやパージガスの排出を行う。さらに、ホッパー１１７内の二重シャッター室１０８及び部分解体室１０９には、排気ベント１３１に連なる排気口１３２、１３３が設置され、また、二重シャッター室１０８にもガス導入口１３４が設けられ、導入口１３４から導入される不活性（窒素）ガスにより室内パージを行うとともに、流入する外気（特に外気中の酸素）の排出を行う。

また、装置１００内の分解対象物は、装置内各室に搬出入されるが、それを可能にするため搬送機構が設置されている。この搬送機構は、具体的に、部分解体室１０９内の搬送用第１コンベア１３５と、寸法調整室１１０兼溶媒浸漬室１１１兼触媒添加室１１２、予備加熱室１１３、水蒸気反応室１１４、残渣処理室１１５の各室に亘って渡設され、これら各室の床面を兼ねて敷設される搬送用第２コンベア１３６と、寸法調整室１１０兼溶媒浸漬室１１１兼触媒添加室１１２の天井面を兼ねて架設されるレベル調整用第３コンベア１３７とから構成される。

そして、これら各コンベアには、発生が予想される塩素系ガス（塩化水素ガスや塩素ガス）による腐食を防ぐため、例えばＳＵＳ３１６などのステンレス製ベルトが用いられる。また、特に、高温条件下で用いられる第２及び第３の両コンベア１３６、１３７は、各コンベア加熱防止のため、コンベアベルトを送出するドラム１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ、１３６ｄ及び１３７ａ、１３７ｂなどに水冷式のものを用いるとともに、経路の長い第２コンベア１３６の下面は、ベルト延長方向に沿って水冷式ジャケット１３８により覆われる。なお、予備加熱室１１３、水蒸気接触反応室１１４においては、第２コンベア１３６は、ベルト下面からヒータ１３９、１４０により加熱される。

次に、装置１００内の各室の構成を詳説する。

二重シャッター室１０８は、雑多な廃棄物状態のシュレッダーダストを分解対象物として収容するホッパー１１７の主要部分を構成する。即ち、天井シャッター１０１と床面シャッター１０２とは夫々独立して開閉可能に設けられている。そして、ガス導入口１３４から不活性（窒素）ガスを導入し、ガス排気口１３２から排気を行うことができる。したがって、外気と遮断して二重シャッター室１０８内を窒素パージすることができる。

部分解体室１０９は、回転板車１４１と第１コンベア１３５とを搭載する。即ち、シャッター１０２の開閉により搬入される分解対象物１１８に対して、回転板車１４１が回転しながら連続的に接触して衝撃を与えたり、その後の第１コンベアによる搬送中に継続的に振動を与えたりする。また、部分解体室１０９においても、ガス排気口１３３からの排気が可能であり、シャッター１０２の開放時にガス導入口１３４からの不活性（窒素）ガス導入を行うことにより、室内の窒素パージが可能である。

上下方向の開閉シャッター１０３、１０４で仕切られた空間は、寸法調整室１１０と溶媒浸漬室１１１と触媒添加室１１２とを兼ねており、上下方向の間隔を一定に保って設置された第２及び第３の両コンベア１３６、１３７が同期可能に設けられている。そして、両コンベア１３６、１３７は間隙を保ったまま、処理槽１４２の有機溶媒中に没入する。処理槽１４２は、ドレン１４３の設置位置の最深部を挟む一対の傾斜面により構成され、第２コンベアは、両傾斜面に沿って敷設されるため、処理槽１４２中の溶媒に対して出没する形態となる。処理槽１４２中の溶媒量は、ドレン１４３により調整可能である。そして、処理槽１４２の直上位置に設置された触媒供給器１４５により、ＦｅＯ粉末などの触媒が処理槽１４２中の有機溶媒に散布される。また、処理槽１４２の底面には、水蒸気導入管１４６ａが貫入して設けられ、有機溶媒中に水蒸気を導入可能とした。

なお、両コンベア１３６、１３７で形成される間隙を搬送される分解対象物は、搬送高さが規制されている。したがって、比較的脆弱なものであれば、搬送中に形状が崩れ、高さ方向の寸法が概ね揃った状態で、処理槽１４２の溶媒中に没入することになる。なお、両コンベア１３６、１３７での搬送中に崩壊した小片は、トレイ１４４により回収される。また、寸法調整室１１０と溶媒浸漬室１１１に対して、吹き出し孔１２７が設けられ、ガス導入口１２４からの不活性（窒素）ガスがパージガスとして補充される。

上下方向の開閉シャッター１０４、１０５で仕切られた空間は、予備加熱室１１３である。即ち、第２コンベア１３６に沿って、その下方にヒータ１３９が複数設置される。さらに、室内天井部分に第１排気口１２８が設けられ、生成ガスの排出を行うとともに、吹き出し孔１２６からパージ用の不活性（窒素）ガス補充を行う。

上下方向の開閉シャッター１０５、１０６で仕切られた空間は、水蒸気反応室１１４である。即ち、水蒸気導入管１４６ｂからの水蒸気が第２コンベア１３６の上方に沿って噴出される。また、また、第２コンベア１３６に沿って、その下方にヒータ１４０が複数設置され、反応温度条件を確保する。さらに、室内天井部分に第２排気口１２９が設けられ、生成ガスの排出を行うとともに、吹き出し孔１２５、１２６からパージ用の不活性（窒素）ガス補充を行う。

上下方向の開閉シャッター１０６以降の空間は、残渣処理室１１５である。即ち、緊急シャッター１２２（通常は開放状態）直後の第２コンベア１３６位置に、付着物剥離用の刃具１４７が圧接状態でコンベア１３６に取付けられる。そして、刃具１４７により剥離された残渣物は、シャッター１０７上に載置される。なお、水蒸気反応室１１４から搬出された後も、分解対象物からガス生成がしばらく継続することが予想されるため、残渣処理室１１５の天井部分に第３排気口１３０が設けられる。吹き出し孔１２５からのパージ用不活性（窒素）ガス補充を行うことは他室と同様である。

シャッター１０７の下方は、残渣回収室１１６である。回収室１１６は、シャッター１０７の開閉により落下する残渣物を回収するものである。なお、パージガスとして窒素ガスを用いる場合、窒素ガスは空気と同程度の比重であり、必ずしも窒素パージが完全に行われないこともある。このため、装置１００内部には、下面部分のガス導入口１２３からもパージ用不活性（窒素）ガスの導入を行う。

そして、上記構成の分解装置１００を用いて、本発明方法の第２態様を行うに際しては、第１態様同様に、あらかじめ、分解対象物たるシュレッダーダストを１ｍｍ〜２００ｍｍ角程度に粉砕して用意する。これら粉砕した状態のシュレッダーダストの内容内訳が、概ね、ゴム成分を含む樹脂成分約５０％、金属鉄成分約１２％、金属銅成分約８％、及び、土砂成分など約３０％であることも第１態様同様である。

そして、一定量の粉砕シュレッダーダストを、天井シャッター１０１が開放され、床面シャッター１０２が閉鎖された状態のホッパー１１７中の二重シャッター室１０８に投入する。投入後、天井シャッター１０１が閉鎖し、ガス導入口１３４からパージ用不活性（窒素）ガスを導入すると共に、ガス排気口１３２に連なる排気ベント１３１により排気を行う。これにより、シュレッダーダスト１１８ａを収容した二重シャッター室１０８内は定常的に窒素によるパージ状態となる。窒素パージの目的は、外気流入、即ち、酸素供給を遮断し、その後の高温反応時に発生する高温可燃ガスへの引火を防止し、所望の分解反応を継続することにある。（第１工程）

二重シャッター室１０８が窒素パージされた定常状態となった後に、シャッター１０２を開放し、シュレッダーダスト１１８ａを部分解体室１０９に移動する。そして、この室内の回転板車１４１のフィンによる連続的な打撃により、シュレッダーダスト１１８ａの固結部分がほぐされ、あるいは、その脆弱部分が小片化されるなどの部分解体が進行する。さらに、その後の第１コンベア１３５上で搬送される際の振動も、搬送中のシュレッダーダスト１１８ａの略均一化を促進するなど予備的な部分解体を助長する。なお、シャッター１０２を開放し、ガス導入口１３４からの不活性（窒素）ガス導入と、ガス排気口１３３からのガス排出とにより、部分解体室１０９内は、定常的な窒素パージ状態である。（第２工程）

次に、シャッター１０３を開放して、第１コンベア１３５で搬送されて来たシュレッダーダスト１１８ａを、寸法調整室１１０内の第２コンベア１３６上に移載する。そして、第２コンベア１３６と、これと上下方向の間隙を一定に保って設けられた第３コンベア１３７とが同期運転する。部分解体されて脆弱化が進んだシュレッダーダスト１１８ａは、この間隙を搬送される際に、規制された搬送高さに応じて形状が崩れ、高さ方向の寸法が概ね揃った状態となる。崩壊してコンベア１３６外に落下したシュレッダーダスト小片は、回収トレイ１４４に捕捉される。（第３工程）

そして、シュレッダーダスト１１８ａは、両コンベア１３６、１３７の間隙に挟まれながら、溶媒浸漬室１１１内の処理槽１４２の有機溶媒中に没入する。処理槽１４２は、ドレン１４３の位置の最深部を挟む一対の傾斜面により構成され、さらに、第２コンベア１３６は、両傾斜面に沿って敷設されて処理槽１４２中の溶媒に対して出没するため、搬送中にシュレッダーダスト１１８ａも溶媒に出没する。なお、処理槽１４２の最深部の深さは、ドレン１４３により調整可能であり、その深さを両コンベア１３６、１３７の間隙以上とすることにより、搬送中のシュレッダーダスト１１８ａ全体が溶媒中に完全浸漬する。なお、シュレッダーダスト１１８ａ中の比較的小比重の成分は溶媒内に浮遊するおそれがあるが、天井部を形成する第３コンベア１３７に当接されているため、搬送路を外れ、自由泳動するような事態は防止されている。

また、溶媒浸漬室１１１は触媒添加室１１２も兼ねており、触媒供給器１４５から溶媒中に浸漬するシュレッダーダスト１１８ａの概ね５重量％に相当するＦｅＯ粉末触媒を、処理槽１４２中の有機溶媒に対して散布する。なお、ＦｅＯ粉末としては、切削加工時に発生する切粉を長期間空気に曝して酸化させたものを用いても良い。あるいは、ＦｅＯ以外にもＦｅ₂Ｏ、ＦｅＯ₃を用いても後の水蒸気接触分解反応に対する触媒作用を同様に得られる。

また、処理槽１４２中の有機溶媒は、あらかじめ、約１７０〜２４０℃程度の第１予備加熱温度に加熱されている。このため、加熱状態の溶媒中に完全浸漬したシュレッダーダスト１１８ａからは、これに含まれる塩ビ樹脂成分の塩素が脱離し、周囲の水素原子と化合して塩素ガスが生成する。

図４は、有機溶媒中の塩ビポリマーが、シュレッダーダスト１１８ａに含有される周囲の微量水分と化合し、ポリマー成分としてポリビニルアルコールを生成すると共に、塩化水素ガスとして塩素原子が除去される反応を示す。生成される塩化水素ガスを排気するため、シャッター１０４を開放して、第１排気口１２８から排出する。

さらに、塩化水素ガス発生後の溶媒に対して、水蒸気導入管１４６ａから水蒸気を導入して、樹脂成分に対する水蒸気接触分解反応を、予備的に進行することもできる。

なお、処理槽１４２内の有機溶媒は、上記の第１予備加熱で気化しない成分油とする。即ち、廃ガソリン、廃軽油、廃灯油、シンナー、ベンゼン、へキサンなどの非極性溶媒、アセトンなどの弱極性溶媒、Ｎ-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、γ-ブチロラクトン、ジアセトンアルコール、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、エチルベンゼン及び２-ピロリドンなどの強極性溶媒である。塩ビ樹脂からの塩素脱離に有効なのは極性溶媒であり、非極性溶媒は体積確保のために用いられる。（第４工程）

次に、シャッター１０４を開放し、第２コンベア１３６によりシュレッダーダスト１１８ａを溶媒外の予備加熱室１１３に搬出する。このとき、シュレッダーダスト１１８ａの表面全体にＦｅＯ粉末触媒が溶媒とともに均一に付着しており、これが長期間保持される。したがって、その後の水蒸気接触反応が開始されるまでの間に触媒ＦｅＯ粉末が欠落するおそれが少なくなる。そして、予備加熱室１１３において、コンベア１３６下方のヒータ１３９により、約２８０〜３９０℃の第２予備加熱温度まで加熱する。これには、次の水蒸気接触反応時の高温に近い温度まであらかじめ昇温させておく、という目的に加え、それまでの塩化水素ガスを生成する反応で消費し切れなかった残留塩素成分を徹底除去するという目的がある。この際に生成する塩化水素ガスは第１排気口１２８から排出される。（第５工程）。

さらに、ＦｅＯ粉末付着状態のシュレッダーダスト１１８ａを第２コンベア１３６上で搬送させながら次に、シャッター１０５を開放し、約２８０〜３９０℃まで加熱されたシュレッダーダスト１１８ａを第２コンベア１３６により水蒸気反応室１１４に移動する。そして、シュレッダーダスト１１８ａに対して、水蒸気導入管１４６ｂから約２８０〜３９０℃の水蒸気を吹き付ける。ヒータ１４０も同温度に加熱され、水蒸気反応の温度条件を確保する。このとき、ＦｅＯ触媒下での水和反応により、シュレッダーダスト１１８ａ中の樹脂成分の炭化水素骨格が分解される。

図５は、ＦｅＯ触媒下での水蒸気接触分解反応の進行を模式的に示すものである。図５（ａ）に示すように、水蒸気導入により、炭化水素骨格の周囲を水分子が包囲する（水蒸気接触）。しかし、図５（ｂ）に示すように、周囲の水蒸気中の水分子に対してＦｅＯ触媒が作用して活性酸素原子が生成する。そして、図５（ｃ）に示すように、この活性酸素原子が炭化水素骨格の水素原子と化合して水分子として炭化水素骨格から脱離する（水和反応）。そして、この際に、炭化水素骨格の主鎖が分断されて分解が生じる（図５（ｄ）参照）。

これに対して、図６は、ＦｅＯ触媒によらない水蒸気接触分解反応の進行を模式的に示すものである。図６（ａ）に示すように、水蒸気導入により、炭化水素骨格の周囲を水分子が包囲する（水蒸気接触）。そして、図６（ｂ）に示すように、この水分子中の酸素原子と炭化水素骨格の水素原子とがお互いの極性により接近し、化合して水分子として炭化水素骨格から脱離する（水和反応）。そして、この際に、炭化水素骨格の主鎖が分断されて分解が生じる（図６（ｃ）参照）。

図５と図６とを比較すると、炭化水素骨格の水素原子と化合するものが、活性酸素（図５）と、水分子中の負極性酸素原子（図６）とである点で異なり、相対的に高い反応エネルギーを保持する活性酸素による反応、即ち、ＦｅＯ触媒下での水蒸気接触分解反応が、炭化水素骨格の分離に有効であることが分る。

そして、分解時に生成された炭化水素ガス、水、窒素などの主成分ガスや、酸素などの微量成分ガスの排気を第２排気口１２９により行う。（第６工程）

なお、第２排気口１２９に蒸留器を取付けることにより、排気生成ガスの成分ごとに分留し、回収することができる。そして、蒸留して得られる重質油成分は、第１予備加熱（約１７０〜２４０℃）程度では揮発することなく安定状態を保つので、処理槽１４２中の有機溶媒として再利用することが可能である。これにより、有機溶媒の入手や重質油廃棄に要する作業省略ができ、効率向上の一助となる。なお、反応生成ガスの蒸留に際して、重質油留分と分留されて同時に得られる軽質油留分は揮発性であることが多く、加熱を伴う浸漬溶媒としては不向きであると考えられる。

ところで、水蒸気導入を停止し、水蒸気接触反応が小康状態になった後は、分解残渣１１８ｂが残る。シャッター１０６を開放し、第２コンベア１３６により分解残渣１１８ｂを残渣処理室１１５に移動する。分解残渣は、水蒸気反応時の高温でコンベア上のベルトに付着した状態となるが、通常開放状態の緊急シャッター１２２の直後に位置する刃具１４７で剥離する。このとき、未反応の炭化水素成分などが水蒸気残分と接触して生成ガスが発生することもあるため、これを第３排気口１３０により排気する。

刃具１４７により剥離された残渣１１８は、処理室１１５の床面シャッター１０７上に集積して乾燥され、一定量の集積後、シャッター１０７を開放して回収室１１６内に所蔵する。この残渣１１８がさらに一定量に集積されたら、回収室１１６の床面シャッター１１９及び搬送車１２０の天井シャッター１２１の開閉により、残渣１１８を搬送車１２０に移動させる。搬送車１２０中に収容された残渣１１８は、残渣分として、別設置の燃焼炉に運搬され、その後の燃焼工程に供される。

なお、上記した全工程に亘って反応温度を最大で３９０℃に留めたのは、シュレッダーダスト１１８ａ中からの塩素成分完全除去が達成されない場合を想定したためである。この場合でも、ダイオキシン発生温度（約４００〜６５０℃）を確実に下回るため、ダイオキシン発生という不測の事態は回避される。

本発明の樹脂成分分解方法は、特に、廃プラスチックなどの樹脂成分を含む廃棄物処理法中で、樹脂成分を分離する前処理方法と位置付けることにより、処理効率を向上させる重要工程として活用することが可能である。

樹脂成分分解装置の概略図 ＦｅＯ分子の触媒作用機構を示す図 シュレッダーダスト用の樹脂成分分解装置の概略図 塩ビポリマーから塩化水素ガスとして塩素原子が除去される反応を示す模式図 ＦｅＯ触媒下での水蒸気接触分解反応を示す模式図 ＦｅＯ触媒によらない水蒸気接触分解反応を示す模式図

符号の説明

１ 反応容器
３ 蒸留器
４ 電熱ヒータ
５ 水蒸気導入管
８ シュレッダーダスト（プラスチック含有廃棄物）
１００ シュレッダーダスト用樹脂成分分解装置
１０１ 天井シャッター（第２シャッター）
１０２ 床面シャッター（第１シャッター）
１０８ 二重シャッター室
１０９ 部分解体室
１１０ 寸法調整室
１１１ 溶媒浸漬室
１１２ 触媒添加室
１１３ 予備加熱室
１１４ 水蒸気接触反応室
１１７ ホッパー
１１８ａ シュレッダーダスト（樹脂含有混在物）
１１８ｂ 分解残渣
１３５ 第１コンベア
１３６ 第２コンベア
１３７ 第３コンベア
１３９ 加熱ヒータ
１４１ 回転板車
１４２ 処理槽
１４５ 触媒供給器
１４６ａ 水蒸気導入管
１４６ｂ 水蒸気導入管

Claims (2)

1. 触媒を添加した有機溶媒にシュレッダーダストを投入して得られる廃棄物浸漬溶液を１７０〜２４０℃に加熱する第１予備加熱工程と、水蒸気温度として３９０℃以下の反応条件下で行われる水蒸気とシュレッダーダストとの接触反応工程とを備え、前記第１予備加熱工程と水蒸気とシュレッダーダストとの前記接触反応工程との間に、シュレッダーダストを２８０〜３９０℃に加熱する第２予備加熱工程を備えたことを特徴とする樹脂成分の分解方法。
2. 前記触媒として、ＦｅＯ粉末を用い、ＦｅＯ粉末の添加量を、前記シュレッダーダストに対して５重量％以下とすることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成分の分解方法。

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