JP4278193B2 - 廃プラスチックの熱分解反応装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチックの熱分解反応装置に関し、特に廃プラスチックの処理量の増大に係わらず、装置の長尺化を回避しつつ廃プラスチックを連続的且つ効率的に熱分解することが可能な熱分解反応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年廃プラスチックの再利用を図るべく、廃プラスチックの燃料化、即ち固形燃料化或いは油化が提唱されている。しかしながら、廃プラスチックに含有するポリ塩化ビニル等の塩素分は、固形燃料化装置或いは油化装置の腐食とともに、環境汚染を引き起こす。
廃プラスチックから塩素分を除去する化学的処理方法として、廃プラスチックの熱分解反応処理装置が、例えば特開平５−２４５４６３号公報に開示されている。該装置によれば、廃プラスチックを効率的に熱分解して脱塩素化するために、廃プラスチックは長尺の反応筒内で長手方向に案内されながら所定温度、通常２９０°Ｃ乃至３３０°Ｃまで反応筒の外部から加熱される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このとき、該装置による廃プラスチックの熱分解反応は、廃プラスチックの案内速さ、加熱源の温度及び伝熱面積が主な支配因子であり、案内速さが遅いほど、加熱時間は確保できるものの処理効率の低下を招き、一方案内速さが速いほど、処理効率の向上は図れるものの加熱時間の不足を招く。
処理効率を維持しつつ熱分解反応に必要な廃プラスチックの加熱量を確保するためには、加熱源の温度が一定の場合に、伝熱面積の増大、即ち外部加熱の場合にあっては反応筒の拡径化或いは反応筒の長尺化が考えられる。
このような状況下、廃プラスチックの特異な性質に起因して、特に廃プラスチックの処理量の増大に伴って、廃プラスチックの案内に関連する問題及び廃プラスチックの加熱に関連する問題が生じる。
【０００４】
案内に伴う問題に関して、第一に、廃プラスチック、特に一般廃棄物系プラスチックは、ポリオレフィン系、ポリスチレン系及びポリ塩化ビニル系等からなる多種類のプラスチックにガラス、金属、アルミ箔及び石等の異物が混合した形態をとり、廃プラスチックは、反応筒に投入された当初は、フラフ固体状態であるが、反応筒内を長手方向に案内されながら加熱されるとともに半溶融状態、溶融状態へと移行し、溶融するとそれ自体非常に粘度の高いものとなる。従って、廃プラスチックを反応筒の長手方向に案内するのに、例えば、長手方向に送り羽根を多数設けた回転シャフトを採用しても、ワンスルー方式、即ち反応筒に投入した廃プラスチックを案内しつつ加熱して、そのまま反応筒から排出する方式では、案内するのに多大のエネルギ消費を必要とすることになる。これは、反応筒の長尺化に伴い著しくなる。
【０００５】
第二に、廃プラスチックを案内する際に、ガラス、金属、アルミ箔及び石等の異物が溶融前に送り羽根と反応筒の内壁面との間で、かみ込みを生じやすく、場合によっては案内の停止を余義なくされ、処理効率の低下を引き起こす。本出願人は、廃プラスチックを熱分解反応処理する前に、重力或いは風力によって廃プラスチックを選別する方法を提案しているが、それでもかかる物理的な選別方法には自ずと限界があり、熱分解反応処理時に異物の混入は避けられないのが実情である。反応筒の拡径化に伴い、送り羽根と反応筒の内壁面との間の間隔を確保できる点で、この問題はある程度解消されるが、以下に述べるように、加熱するのに伴う問題を引き起こす。
より詳細には、前述のような廃プラスチックの高粘性の特質から、廃プラスチックを案内しながら加熱する際、廃プラスチックは長手方向に案内されると同時に混練攪拌される必要がある。溶融プラスチックは通常装置内で層流域にあるため、混練攪拌しないと、局所的に廃プラスチックの温度不均一を生じるとともに、例えば外部加熱の場合には、伝熱面積を構成する反応筒の内面に接触する廃プラスチックが不十分となり、有効伝熱面積の減少を招くからである。この点で、反応筒の拡径化は、かかる攪拌機能の低下を引き起こし、以て加熱源から廃プラスチックへの有効な伝熱が阻害される。
【０００６】
さらに、加熱に伴う問題に関して、本出願人は、フラフ状に破砕された廃プラスチックは、それ自体熱伝導性が低いことに加えて、その表面に空気膜が付着されていることが多いため、この空気膜によって、廃プラスチックへの熱伝達が著しく阻害されることを見出した。特に、外部加熱、即ち反応筒の外部から廃プラスチックを加熱する場合にあっては、空気膜の存在による熱伝達率の低下に加えて、反応筒の肉厚方向に急激な温度分布が生じ、発生した塩化水素によって反応筒内部に低温腐食を引き起こす問題が生じる。
この点について、本出願人は、特開平８−１２０２８５号公報において、外部加熱とともに内部加熱方式、即ち反応筒の内部から廃プラスチックを加熱する方式を提案している。この方式によれば、外部加熱方式では低温とならざるを得ない反応筒の回転シャフト、送り羽根等のインターナルを逆に反応筒の内部から加熱することにより、上記問題をある程度解消することが可能である。しかしながら、本方式の場合、回転シャフト自体が３５０°Ｃ程度の高温となり、回転シャフトを支持する軸受ベアリングや軸封部がそれに伴い高温となり、これらの耐久性に問題が生じる。
【０００７】
一方、回転シャフトの回転速度を上げることにより、廃プラスチックの攪拌混練機能を高め、以て表面に付着した空気膜を強制的に除去することも考えられるが、回転シャフトの回転速度によって攪拌機能を制御するのは廃プラスチックの高粘性から困難である。
以上のように、廃プラスチックの高粘性及び低熱伝達性という特質に起因して、廃プラスチックの案内及び加熱に問題を生じるが、これらの問題は特に廃プラスチックの処理量が増大する場合に顕著となる。一方、廃プラスチックの処理、特に熱分解による脱塩素化前処理は、実機ベースの場合コスト低減の観点から全自動化又は無人化が理想であるとともに、設備の大型化を極力回避する必要がある。
【０００８】
そこで、上記課題に鑑み、本発明の目的は、廃プラスチックの処理量の増大にかかわらず、装置の長尺化に伴う大型化を生じることなく、連続的且つ効率的に熱分解反応させる熱分解反応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】
本発明の熱分解反応装置にあっては、廃プラスチックを長手方向に案内するための案内手段と、廃プラスチックを外部から加熱するための外部加熱手段とをそれぞれ備えた一対の反応筒を有し、
一方の反応筒の該案内手段の案内方向は、他方の反応筒の該案内手段の案内方向に対して逆方向であり、
一方の反応筒の案内進み側端部及び案内遅れ側端部と、他方の反応筒の案内遅れ側端部及び案内進み側端部とをそれぞれ連絡する廃プラスチック引出し管及び廃プラスチック戻し管とを有し、
前記一対の反応筒と、前記廃プラスチック引出し及び戻し管とによって廃プラスチックの循環流路を形成し、
一方の反応筒の案内遅れ側端部に廃プラスチック投入口を設ける構成としてある。
【００１０】
又、前記一方の反応筒を前記他方の反応筒の上に配置するのが好ましい。
さらに、引出し口を前記一方の反応筒より下に位置決めした溶融プラスチック引出し管をさらに設け、該溶融プラスチック引出し管を前記一方の反応筒に対してレベル調整可能としてもよい。
【００１１】
【作用】
以上の構成を有する本発明の廃プラスチックの熱分解反応装置にあっては、
廃プラスチック投入口から案内方向遅れ側端部で一対の反応筒の一方に投入された廃プラスチックは、案内手段によって長手方向に案内方向進み側端部に向かい、そこから廃プラスチック引出し管を経て一対の反応筒の他方に流入し、同様に案内手段によって案内方向遅れ側端部から長手逆方向に案内方向進み側端部に向かい、そこから廃プラスチック戻し管を経て一対の反応筒の一方の案内方向遅れ側端部に戻る。かかる循環の間に、廃プラスチックは、案内されるとともに外部加熱手段によって反応筒の外部から加熱され、その結果280 °C 乃至340 °C 程度で熱分解反応を起こし、塩化水素を発生する。発生した塩化水素は分解ガス流出開口から流出し、一方脱塩素化された溶融プラスチックは外部に排出され、廃プラスチックの油化にあってはより高度の熱分解後工程或いは固形燃料化にあっては冷却工程等に送ることが可能になる。
【００１２】
このとき、溶融状態の廃プラスチックを廃プラスチック戻し管を経て、一対の反応筒の一方の案内方向遅れ側端部で、投入当初のフラフ固体状態の廃プラスチックと混合させることにより、廃プラスチックの投入初期から廃プラスチックの流動状態を良好にすることによって、案内に伴う問題を解消しつつ有効伝熱面積を確保することができるとともに、溶融廃プラスチックによって、投入された廃プラスチックの表面に付着した空気膜を強制的に除去し、低温腐食を防止しつつ、廃プラスチックへの伝熱方式として伝導、対流伝熱方式に溶融プラスチックによる直接伝熱方式を加えることにより、装置の長尺化を生じることなく、全体として廃プラスチックの連続的且つ効率的な熱分解を達成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る廃プラスチックの脱塩素工程の概略フローを示す。
ポリオレフィン系、ポリスチレン系及びポリ塩化ビニル系を含む混合廃プラスチックは、先ず物理的処理によって鉄片、ポリ塩化ビニル或いはガラス、アルミ箔等の異物を最大限除去し、その後に熱分解処理を含む化学的処理によって塩素分を除去する。
物理的処理工程では、廃プラスチックを所定の大きさに粉砕してフラフ状にし、洗浄して比重選別するか、或いは風力によって比重選別し、乾燥させる。化学的処理工程では、かかる廃プラスチックを熱分解させ、さらには油化或いは固形燃料化の目的に応じて乾式処理させる。本実施例は、この熱分解処理工程に関する。
【００１４】
図２及び図３はそれぞれ、本実施例に係る熱分解反応装置の側面図及び正面図である。図２で、符号１０は熱分解反応装置で、熱分解反応装置１０は、一対の反応筒、即ち第１反応筒１２及び第２反応筒１４を有し、それぞれの反応筒１２、１４には、廃プラスチックを長手方向に案内するための案内手段１６、１８と、廃プラスチックを外部から加熱するための外部加熱手段２０、２２が設置されている。
第１反応筒１２は、略水平方向に延びる長尺の円筒容器であり、ホッパー２４と、反応筒を包囲する外部ジャケット( 図示せず) と、両端部でベアリング２７によって支持され、反応筒１６内に設置された回転シャフト２８と、回転シャフト２８の外周に固設された送り羽根３０とから概略構成されている。図３を参照すれば明瞭に理解されるように、回転シャフト２８は、２軸タイプであり、互いに第１反応筒１２内で長手方向に平行に配置されている。
【００１５】
ホッパー２４は、従来周知のタイプのもので、第１反応筒１２の廃プラスチック案内方向遅れ側端部の上部に連通しており、内部に攪拌機３１を有し、第１反応筒１２の廃プラスチック投入口３２の直ぐ上方には、水冷ジャケット付きのリボン式供給機（図示せず）を有する。
これによって、比重選別或いは風力選別等の物理的処理によって廃プラスチック中の塩化ビニル等を極力取り除き、且つフラフ化された廃プラスチックは、ホッパー２４内でブロッキング又は閉塞する恐れなく、廃プラスチック投入口３２を経て確実に第１反応筒１２に一定量供給されるようになっている。
第１反応筒１２には、案内方向遅れ側端部の上部には分解ガス流出開口３３が、進み側端部の上部には分解ガス流出開口３４が設けられ、熱分解によって発生した塩化水素を主体とする分解ガスを外部に排出するようにしてある。又、後に説明する溶融プラスチック引出し管３６の引出し口４０と、廃プラスチック戻し管３８の戻し口４２とを、それぞれ進み側端部、遅れ側端部に有する。これにより、ホッパー２４から供給された所定量の廃プラスチックは、図１に矢印で示すように、引出し口４０から引き出され、第２反応筒１４を経て戻し口４２から戻された既熱分解反応の溶融プラスチックと第１反応筒１２の遅れ側端部で混合して、溶融プラスチックによって加熱されるようになっている。第１反応筒１２を包囲する外部ジャケットは、第１反応筒１２と外部ジャケットの間に熱媒油を流し、第１反応筒１２の外部から反応筒の肉厚を介して廃プラスチックを加熱する外部加熱手段２０を構成している。
【００１６】
回転シャフト２８に植設する羽根としては、送り機能と攪拌機能を確保する観点から、スクリュー羽根４４とナタ羽根４６とを併用してある。スクリュー羽根４４は、一連の螺旋形態をなし、廃プラスチック処理量の増大に伴い、送り機能を得べく、第１及び第２反応筒１２、１４の両端部にそれぞれ設けてある。
一方、ナタ羽根４６は、第１、第２反応筒１２、１４ともに、両端に設けられたスクリュー羽根の間で、長手方向に亘って回転シャフト２８の外周に固設されており、回転シャフト２８の回転によってその軸線を中心として回転するようになっている。ナタ羽根４６は、周知の板状或いは棒状タイプで、各羽根は、薄板状で，回転シャフトの外周方向に亘って等角度間隔を隔てて、回転シャフト２８の外表面にボルトで固定されるか、或いは回転シャフト２８に直接溶接される。これにより、反応筒内部の溶融プラスチックは十分混練されるとともに、異物による閉塞が防止されるようになっている。又、羽根は各々、回転シャフトの軸線に直交する断面に対して取付け位置が傾斜しており、それによって反応筒内部の廃プラスチックを分解ガス流出開口３４の方に案内するように構成されている。羽根の枚数は、通常４枚或いは６枚であるが、廃プラスチックの処理量との関係で適宜選択すればよい。
【００１７】
又、第１反応筒１２の案内方向遅れ側端部には、溶融プラスチックから気泡形態の塩化水素を除去するために脱気ポット６０を設けてある。これは、熱分解反応によって発生した塩化水素を分解ガス流出開口３０、３３から流出させる場合に、溶融プラスチックは非常に粘性が高く、温度の均一化を達成するような高回転数による混練では気泡が溶融液中に分散するだけで、ガスだけを流出させることが困難なことに鑑み設けたもので、ポット内部に多孔板或いは目皿等（図示せず）を有し、気泡を混入した溶融プラスチックを多孔板或いは目皿等に案内し、通すことにより、溶融プラスチックの表面積を拡大させ、以て気泡が溶融プラスチックから抜け出しやすい状態にするように構成してある。
第２反応筒１４は、スクリュー羽根４４及びナタ羽根４６による廃プラスチックの案内方向が、第１反応筒１２のそれと逆である点、第１反応筒１２の設置レベルより低いレベルに設置されている点（図３参照）以外は、第１反応筒１２と略同様な構成であるので同一の構成要素には同一の参照番号を附することによりその詳しい説明は省略する。第２反応筒１４を第１反応筒１２の下に設置することにより、廃プラスチック引出し管３６及び戻し管３８の引廻し長さを極力短くしつつ、装置全体として平面スペースの節約を図ることができる。
【００１８】
次に、廃プラスチック引き出し管３６及び廃プラスチック戻し管３８は、第１反応筒１２と第２反応筒１４間を連絡して、廃プラスチックの循環路を構成するものであり、より具体的には、廃プラスチック引出し管３６は、第１反応筒１２の案内進み側端部と第２反応筒１４の案内遅れ側端部とを、廃プラスチック戻し管３８は、第１反応筒１２の案内遅れ側端部と第２反応筒１４の案内進み側端部とをそれぞれ連絡する。これにより、第１反応筒１２の案内遅れ側端部で、廃プラスチック戻し管３８によって第１反応筒１２に戻された溶融廃プラスチックが、廃プラスチック投入口３２から投入されたフラフ固体状の廃プラスチックと混合するように構成されている。
廃プラスチックの戻し管３８は、第２反応筒１４から第１反応筒１２の間で分岐する溶融プラスチック排出管４８をさらに有する。この溶融プラスチック排出管４８は、第１反応筒１２の設置レベルより下方に位置する引出し口５０から略水平方向に延び、溶融プラスチック貯留槽５２の直前で第１反応筒１２の設置レベルと同じレベルまで立ち上げられている。これにより、反応筒内の溶融プラスチックの滞液量を制御し、以て所定量の廃プラスチックの供給に対して所定量の溶融プラスチックの排出が可能なようにしてある。
【００１９】
以上の構成の熱分解反応装置について、その作用を以下に説明する。
物理的処理によって塩化ビニル、異物等を極力除去し且つ粉砕された廃プラスチックフラフは、矢印Ａで指示するように、ホッパー２４に仕込まれ、ホッパー２４内で攪拌され、廃プラスチック投入口３２を通って第１反応筒１２に一定量供給される。次いで、第１反応筒１２に供給された廃プラスチックフラフは、溶融プラスチック戻り管３８を通って戻し口４２から流入した溶融プラスチックと混合して、加熱溶融され常温から250 °Ｃ程度まで昇温する。溶融した廃プラスチックは、ナタ羽根４６の回転によって第１反応筒１２の分解ガス流出開口３４の方に向かって第１反応筒１２の長手方向に案内されるとともに、外部加熱手段によって第１反応筒１２の外部からさらに加熱される。このとき、300 °C 乃至340 °C 程度まで加熱された溶融プラスチックは、ナタ羽根４６の回転によって、十分に混練され、その結果温度の均一化が図られ、熱分解反応が促進される。次いで、反応によって発生した塩化水素は、分解ガス流出開口３３、３４を通って流出し、矢印Ｂで指示するように、塩酸回収装置等（図示せず）に送られて処理される。一方、溶融廃プラスチックは、廃プラスチック引出し管３６を通って第２反応筒１４内に流入し、第１反応筒１２と同様に、ナタ羽根４６の回転によって第１反応筒と逆方向に案内されつつ外部加熱手段によって加熱され、進み側端部に至り、ここで廃プラスチック戻し管３８を通って第１反応筒１２の案内遅れ側端部に到る。このとき、脱塩素化された溶融プラスチックは、廃プラスチック戻し管３８の途中で溶融プラスチック排出管４８を経て溶融プラスチック流出口３２から流出する。油化にあっては、流出した溶融プラスチックはより高度の熱分解後工程に送られて処理され、固形燃料化にあっては、冷却して固化させる。以上で、廃プラスチックの脱塩素処理が終了する。
【００２０】
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、処理物である廃プラスチックは、フラフ状のものに限定されることなく、例えばペレット状或いは破砕状のものにも適用可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、高粘性及び低熱伝達性という廃プラスチックの特異な性質に係わらず、溶融状態の廃プラスチックを投入当初のフラフ固体状態の廃プラスチックと混合させることにより、廃プラスチックの投入初期から廃プラスチックの流動状態を良好にすることによって、案内に伴う問題を解消しつつ有効伝熱面積を確保することができるとともに、溶融廃プラスチックによって廃プラスチックの表面に付着した空気膜を強制的に除去し、低温腐食を防止しつつ、廃プラスチックの加熱方式を変えることにより、装置の長尺化を生じることなく全体として廃プラスチックの連続的且つ効率的な熱分解を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る、廃プラスチックの脱塩素処理工程を示すフロー図である。
【図２】本発明の実施例に係る、廃プラスチックの熱分解反応装置の概略側面図である。
【図３】本発明の実施例に係る、廃プラスチックの熱分解反応装置の概略正面図である。
【符号の説明】
１０ 熱分解反応装置
１２ 第１反応筒
１４ 第２反応筒
１６ 案内手段
１８ 案内手段
２０ 外部加熱手段
２２ 外部加熱手段
２４ ホッパー
２６ 外部ジャケット
２８ 回転シャフト
３０ 送り羽根
３２ 廃プラスチック投入口
３３ 分解ガス流出開口
３４ 分解ガス流出開口
３６ 溶融プラスチック引出し管
３８ 溶融プラスチック戻し管
４０ 引出し口
４２ 戻し口
４４ スクリュー羽根
４６ ナタ羽根
４８ 溶融プラスチック排出管
５０ 引出し口
５２ 溶融プラスチック貯留槽
６０ 脱気ポット

Claims (1)

1. 塩素を含有する廃プラスチックを長手方向に案内するための案内手段と、
   廃プラスチックを外部から加熱するための外部加熱手段とをそれぞれ備えた一対の反応筒を有し、
   一方の反応筒の該案内手段の案内方向は、他方の反応筒の該案内手段の案内方向に対して逆方向であるとともに、前記一方の反応筒は、前記他方の反応筒より上に配置され、
   一方の反応筒の案内進み側端部下部と他方の反応筒の案内遅れ側端部上部を連絡する廃プラスチック引き出し管と、前記一方の反応筒の案内遅れ側端部下部と他方の反応筒の案内進み側端部上部とを連絡する廃プラスチック戻し管とを有し、
   前記一対の反応筒と、前記廃プラスチック引出し及び戻し管とによって、廃プラスチック循環流路を形成し、
   一方の反応筒の案内遅れ側端部に廃プラスチック投入口を設け、
   引き出し口が前記廃プラスチック戻し管の途中で且つ前記一方の反応筒の設置レベルより下に位置決めされ、前記一方の反応筒の設置レベルまで立ち上げられた溶融プラスチック引き出し管を更に有する、
   ことを特徴とする熱分解反応装置。

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