JP4314546B2 - 廃プラスチック処理方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ゴミ等の廃棄物に含まれるポリエチレン、ポリプロピレン等の廃プラスチックを処理し、化学原料、例えばＢＴＸ（ベンゼン、トルエン、およびキシレン）や水素などを回収する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市ゴミ等の廃棄物に含まれるポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系プラスチック等の廃プラスチックを再利用する試みとしては、廃プラスチックを、鉄や白金を担持した活性炭触媒等の触媒の存在下で加熱処理により熱分解させ、燃料や化学原料などとして有用な処理物を得る方法がある。
図６は、従来の廃プラスチック処理方法の一例を実施可能な処理装置を示すもので、この装置は、廃プラスチックを溶融させ触媒５１ａに接触させる反応槽５１と、触媒反応生成物中の高沸点成分を分離するコンデンサ５２を備えている。反応槽５１内には、上記触媒５１ａが収容されている。
この処理装置を用いて廃プラスチックの処理を行うには、廃プラスチックＰを、反応槽５１内で上記触媒５１ａの存在下でヒータ５１ｂを用いて加熱し、触媒反応生成物を経路５３を通してコンデンサ５２に導き、分解生成物として回収する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にあっては、加熱処理により溶融した廃プラスチックが触媒５１ａ表面に付着した状態となり、この付着プラスチックが、廃プラスチックＰと触媒５１ａとの間の効率のよい接触を妨げ、触媒反応の効率が低下する問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、廃プラスチックを触媒を用いて分解処理するにあたり、触媒反応効率を高めることができる廃プラスチック処理方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の廃プラスチック処理装置は、廃プラスチックを熱分解し気化させる熱分解槽と、熱分解槽内で気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒（８ａ）に接触させる触媒反応槽と、触媒反応生成物から高沸点成分を高分子成分として凝縮させて他の成分から分離し前記熱分解槽内に戻す還流器と、前記還流器を経た触媒反応生成物を冷却し、前記反応生成物中の芳香族炭化水素を含む成分を凝縮させるコンデンサとを備え、前記ガリウム含有珪酸塩触媒は、ｘＭI ２Ｏ・ｙＧａ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をイオン交換によりＨ型にしたものであることを特徴とする。
この装置では、触媒分解槽に熱分解ガスが導入されるようになっているため、熱分解ガスを、容易かつ効率よくガリウム含有珪酸塩触媒に接触させることができる。従って、触媒反応効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を容易に回収することができる。また高濃度の水素を含む処理物を容易に回収することができる。
触媒反応槽は、熱分解槽内に設けることによって、熱分解槽において廃プラスチックを熱分解させる際の余熱によって触媒反応槽内を加熱することができる。このため、触媒反応槽を独立に加熱することが必要なく、設備コスト、加熱コストを低く抑えることができる。
また触媒反応槽は、熱分解槽外に設けられ、かつ内部の温度を任意に設定することができるように構成することもでき、この場合には、この触媒反応槽における触媒反応時の温度条件を任意に設定することができる。このため、触媒反応時の温度条件を最適化することが容易となり、触媒反応効率を高めることができる。
また触媒反応槽は、ガリウム含有珪酸塩触媒が、熱分解ガスによって流動するように構成することもでき、この場合には、この触媒を流動させつつ熱分解ガスに接触させることができ、触媒のほぼ全表面を熱分解ガスに接触させることができる。
従って、熱分解ガスと触媒との接触効率を高め、触媒反応効率を向上させることができる。
本発明の廃プラスチック処理方法は、廃プラスチックを前記熱分解槽にて熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを前記触媒反応槽にてガリウム含有珪酸塩触媒に接触させ、前記触媒反応生成物を前記還流器に導入して高沸点成分を高分子成分として凝縮させて前記熱分解槽内に戻し、前記還流器で高分子成分を分離した触媒反応生成物を前記コンデンサで冷却し、凝縮した芳香族炭化水素を含む成分を回収することを特徴とする。
この処理方法にあっては、廃プラスチックを、液体に比べ流動性に優れる熱分解ガスとするため、熱分解ガスを、効率よく触媒に接触させることができる。従って、触媒反応（熱分解ガスの分解、環化反応）の効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を回収することができる。また高濃度の水素を含む処理物を回収することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の廃プラスチック処理装置の第１実施形態を示すもので、ここに示す処理装置は、原料供給部１から供給された廃プラスチックを熱分解させる熱分解槽２と、熱分解槽２内で熱分解され気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させる触媒反応槽３と、触媒反応槽３で得られた触媒反応生成物中の高分子成分を分離する還流器４と、還流器４において高分子成分が分離された反応生成物中の高沸点成分を凝縮させ分離する第１コンデンサ５と、第１コンデンサ５を経た反応生成物中の低沸点成分をさらに凝縮させ分離する第２コンデンサ６とを備えている。
【０００６】
熱分解槽２は、ヒータ２ａを備えており、このヒータ２ａによって、槽内の廃プラスチックを加熱し熱分解させることができるようになっている。
熱分解槽２には攪拌機２ｂが設けられ、槽内の廃プラスチックを攪拌しつつ加熱することができるようになっている。
熱分解槽２には、不活性ガス導入管１４が接続され、熱分解槽２内に窒素、ヘリウムなどの不活性ガスを導入することができるようになっている。
【０００７】
触媒反応槽３は、外筒７内に、ガリウム含有珪酸塩触媒８ａを充填した触媒層８を備えている。
ガリウム含有珪酸塩としては、ガリウム珪酸塩を用いることができ、特にプラスチック分解効率の点から、ｘＭI 2Ｏ・ｙＧａ2Ｏ3・ｚＳｉＯ2・ｎＨ2Ｏ（Ｍ：Ｎａ、Ｋ等）をイオン交換によりＨ型にしたＨ型ガリウム珪酸塩を用いるのが好ましい。
この触媒８ａとしては、ガリウム含有珪酸塩を、平均粒径が例えば０．２〜５ｍｍの粒状に成形したものを用いるのが好ましい。またガリウムをゼオライトや活性炭等の坦体に担持させたもの（例えばＧａ−ＨＺＳＭ−５）を用いることができる。
【０００８】
触媒反応槽３は、熱分解槽２の内部に配置されており、熱分解され気化した熱分解ガスを、熱分解槽２内で触媒層８のガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させることができるようになっている。
【０００９】
還流器４には、触媒反応生成物から高沸点成分を高分子成分として凝縮させ、凝縮した高分子成分を他の成分から分離し経路１０を通して熱分解槽２内に戻すことができる構成を採用することができる。
【００１０】
第１コンデンサ５は、還流器４を経た触媒反応生成物を、冷却水流通経路１２を流通する冷却水により冷却し、反応生成物中の高沸点成分を凝縮させることができるようになっている。
第２コンデンサ６は、第１コンデンサ５を経た触媒反応生成物を、冷却水流通経路１３を流通する冷却水により冷却し、反応生成物中の低沸点成分を凝縮させることができるようになっている。
【００１１】
以下、上記処理装置を用いた場合を例として、本発明の廃プラスチック処理方法の一実施形態を説明する。
本発明の廃プラスチック処理方法の対象となる廃棄物としては、都市ごみ、産業廃棄物等に由来する廃プラスチック、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系プラスチックを含むものを挙げることができる。
【００１２】
本実施形態の処理方法では、まず、好ましくは適度の粒径に粉砕した廃プラスチックを、原料供給部１を通して熱分解槽２内に投入し、この廃プラスチックをヒータ２ａを用いて好ましくは３７５〜５５０℃（さらに好ましくは４２５〜５００℃）に加熱し熱分解させる。
この温度が上記範囲未満であると、廃プラスチックの熱分解が不十分となり、上記範囲を越えると、廃プラスチックの熱分解（低分子化）が過剰となり、後述する反応生成物中の芳香族炭化水素含有率が低下するため好ましくない。
【００１３】
この加熱処理により、廃プラスチックは、例えば炭素数が４〜１０程度の炭化水素に低分子化されて気化し、熱分解ガスとなる。
なお廃プラスチックを熱分解槽２内に投入する際には、予め窒素ガスなどの不活性ガスを導入管１４を通して熱分解槽２内に導入しておき、不活性ガス雰囲気下で上記廃プラスチックを加熱するのが好ましい。
【００１４】
熱分解槽２内で生成した熱分解ガスは、触媒反応槽３内に導入され、触媒反応槽３内を流れつつ、触媒層８を構成するガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触する。
熱分解ガスを上記触媒８ａに接触させる際の温度条件は、３７５〜５５０℃（好ましくは５００〜５５０℃）とするのが好ましい。
この温度が上記範囲未満であると、触媒反応が進行しにくくなり反応生成物中の芳香族炭化水素含有率が低下し、上記範囲を越えると熱分解ガスの分解が過剰となり反応生成物中の芳香族炭化水素含有率が低下するため好ましくない。
【００１５】
熱分解ガスを触媒反応槽３に供給する速度は、３〜１５ｇ熱分解ガス／ｇ触媒・ｈｒ（Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ（＝Ｗ／Ｆ、Ｗ：触媒量、Ｆ：熱分解ガス供給速度）＝４〜２０ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇ熱分解ガス）となるように設定するのが好ましい。
【００１６】
触媒反応槽３においては、ガリウム含有珪酸塩触媒８ａの作用により熱分解ガスの一部がさらに分解される。またこの分解物や熱分解ガスの一部は触媒８ａの作用により環化し芳香族炭化水素となる。
このように、触媒反応槽３において、熱分解ガスは触媒８ａの作用により分解、環化し、その結果、水素（Ｈ2）、炭素数１〜４の炭化水素（以下、Ｃ１〜Ｃ４炭化水素という）、芳香族炭化水素（ベンゼン、トルエン、キシレン等）などの混合物である触媒反応生成物となる。なお以下、ベンゼン、トルエン、およびキシレンをＢＴＸと略称する。
【００１７】
次いで、触媒反応槽３を経た触媒反応生成物を経路９を通して還流器４に導入し、ここで触媒反応生成物を冷却することにより触媒反応生成物中の一部を凝縮させ、凝縮物を他の部分から分離し、経路１０を通して熱分解槽２内に戻す。
凝縮物は、触媒反応生成物中に残留した未分解成分である高分子成分を多く含む。この高分子成分は、再び熱分解槽２内において加熱処理され、熱分解される。
【００１８】
次いで、還流器４において高分子成分を分離した触媒反応生成物を、経路１１を通して第１コンデンサ５に導入し、ここで冷却水流通経路１２を流通する冷却水により冷却し、この反応生成物中の高沸点成分を凝縮させる。
触媒反応生成物を冷却する際の冷却温度は、高すぎれば高沸点成分中におけるＢＴＸ等の芳香族炭化水素が凝縮しにくくなり、凝縮物中の芳香族炭化水素の含有量が低くなり、低すぎれば低分子の炭化水素などが凝縮しやすくなるため、凝縮物中の上記芳香族炭化水素の含有量が低くなる。このため、この冷却温度は、３０〜５０℃とするのが好ましい。
【００１９】
凝縮した高沸点成分は、経路１５を経て油水分離器１６に導入され、ここで水分が分離された後に回収経路１７を通して回収される。
回収された高沸点成分は、高濃度のＢＴＸなどの芳香族炭化水素を含むものとなる。
【００２０】
次いで、第１コンデンサ５を通過した反応生成物を、経路１８を通して第２コンデンサ６に導入し、ここで冷却水流通経路１３を流通する冷却水により冷却する。第２コンデンサ６では、未凝縮のまま第１コンデンサ５を通過したＢＴＸなどの芳香族炭化水素を含む低沸点成分が凝縮し、経路１９を通して回収器２０に導入された後、回収経路２１を通して回収される。
【００２１】
次いで、第２コンデンサ６を通過した低沸点成分を経路２２を経てドレン３２に導入し、ここで水分などを分離した後、回収経路２４を通して回収する。
回収された低沸点成分は、高濃度の水素（Ｈ2）およびＣ１〜Ｃ４炭化水素を含むものとなる。
【００２２】
回収経路１７、２１を通して回収された成分は、高濃度のＢＴＸなどの芳香族炭化水素を含むため、化学原料として利用できる。
また回収経路２４を通して回収された低沸点成分は、高濃度の水素（Ｈ2）を含むため、燃料電池システム用水素含有ガスとして用いることができる。また石油系炭化水素の改質や石油脱硫などに用いることができる。またこの低沸点成分は、Ｃ１〜Ｃ４炭化水素を含むため、燃料ガスとしても使用可能である。
【００２３】
上記廃プラスチック処理方法にあっては、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを触媒反応槽３に導き、触媒反応槽３内で流通させて触媒層８を構成するガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させる。
この際、熱分解ガスは、液体に比べ流動性に優れるガスであるため、触媒反応槽３内を滞留することなく流通する。
このため、熱分解ガスを、効率よくガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させることができる。
従って、触媒反応（熱分解ガスの分解、環化反応）の効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を回収することができる。
これに対し、廃プラスチックを溶融状態で触媒に接触させる従来法では、溶融したプラスチックが触媒表面に付着してしまい、この付着プラスチックが、廃プラスチックと触媒との間の効率のよい接触を妨げ、触媒反応の効率が低下するおそれがある。
【００２４】
ガリウム含有珪酸塩触媒を用いることによってＢＴＸなどの芳香族炭化水素をを高収率で回収することができるのは、ガリウム含有珪酸塩触媒が持つプラスチック分解能と分解物環化能との比率が、上記廃プラスチックを芳香族炭化水素に変化させるために適したものであるためであると考えられる。
また回収経路２４を通して回収された低沸点成分が、高濃度の水素を含むものとなるのは、芳香族炭化水素生成時において、反応生成物中の鎖状炭化水素がベンゼン環を形成する際に余剰の水素が単体として生成しやすいためであると考えられる。
【００２５】
また、上記廃プラスチック処理装置にあっては、廃プラスチックを熱分解させる熱分解槽２と、熱分解槽２内で熱分解され気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させる触媒反応槽３と、触媒反応生成物中の高分子成分を凝縮させ分離する還流器４とを備えているので、廃プラスチックを熱分解槽２で熱分解させた熱分解ガスを、触媒反応槽３において容易かつ効率よくガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させることができる。
従って、触媒反応（熱分解ガスの分解、環化反応）の効率を高め、ＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を容易に回収することができる。また高濃度の水素を含む処理物を容易に回収することができる。
【００２６】
また触媒反応槽３が熱分解槽２内に配置されているので、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解させる際の余熱によって触媒反応槽３内を加熱することができる。このため、触媒反応槽３を独立に加熱することが必要なく、触媒反応槽３専用のヒータが不要となり、設備コスト、加熱コストを低く抑えることができる。
【００２７】
図２は、本発明の廃プラスチック処理装置の第２実施形態を示すもので、ここに示す処理装置は、原料供給部１から供給された廃プラスチックを熱分解させる熱分解槽２と、熱分解槽２内で熱分解され気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒２８ａに接触させる触媒反応槽２３と、触媒反応槽２３で得られた触媒反応生成物中の高分子成分を分離する還流器４と、還流器４において高分子成分が分離された反応生成物中の高沸点成分を凝縮させ分離するコンデンサ２５とを備えている。
触媒反応槽２３は、外筒２７内に触媒２８ａが充填された触媒層２８を備えており、熱分解槽２の外部に設けられ、かつヒータ２３ａによって内部温度を任意に設定できるようになっている。
また、触媒反応槽２３には、熱分解ガスを流通させる際に、外筒２７内に充填されたガリウム含有珪酸塩触媒２８ａが外筒２７に対し変位しない固定床方式を採用することができる。
【００２８】
上記装置を用いて廃プラスチックの処理を行うには、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを経路２６を通して触媒反応槽２３に導き、ここでガリウム含有珪酸塩触媒２８ａに接触させ、得られた触媒反応生成物を還流器４を経てコンデンサ２５に導き、ここで高沸点成分を凝縮させ回収経路２９を通して回収し、低沸点成分を回収経路３０を通して回収する。
【００２９】
上記処理装置では、図１に示す第１実施形態の処理装置と同様に、触媒反応効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む高沸点成分を容易に回収することができる。
さらに、本実施形態の処理装置では、触媒反応槽２３が熱分解槽２の外部に設けられ、かつ内部温度を任意に設定できるようになっているので、触媒反応槽２３における触媒反応時の温度条件を任意に設定することができる。このため、触媒反応時の温度条件の最適化により触媒反応効率を高めることができる。
【００３０】
図３は、本発明の廃プラスチック処理装置の第３実施形態を示すもので、ここに示す処理装置では、触媒反応槽３３に、熱分解ガスの流通によって粒状のガリウム含有珪酸塩触媒３８ａが外筒３７内で流動する流動床方式が採用されている。
触媒反応槽３３の後段には、触媒反応槽３３を経た触媒反応生成物とともに槽外に流出した触媒を分離回収する分離部３４が設けられ、回収した触媒を経路３５を通して触媒反応槽３３に戻すことができるようになっている。
【００３１】
上記処理装置を用いて廃プラスチックの処理を行うには、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを経路３１を通して触媒反応槽３３に導き、ここでガリウム含有珪酸塩触媒３８ａに接触させる。
この際、触媒反応槽３３に導入され外筒３７内を流通する熱分解ガスによって、ガリウム含有珪酸塩触媒３８ａは外筒３７内で流動し、流動しつつ熱分解ガスに接触する。
次いで、触媒反応槽３３を経た触媒反応生成物を、還流器４を経てコンデンサ２５に導き、ここで高沸点成分を凝縮させ回収経路２９を通して回収し、低沸点成分を回収経路３０を通して回収する。
この際、触媒反応生成物とともに触媒反応槽３３外に流出した触媒は、分離部３４で回収し経路３５を通して触媒反応槽３３に戻す。
【００３２】
上記処理装置では、図１に示す第１実施形態の処理装置と同様に、触媒反応効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む高沸点成分を容易に回収することができる。
さらに、本実施形態の処理装置では、触媒反応槽３３に流動床方式が採用されているので、粒状の触媒３８ａを外筒２７内で流動させつつ熱分解ガスに接触させることができる。このため、触媒３８ａのほぼ全表面を熱分解ガスに接触させることができる。従って、熱分解ガスと触媒との接触効率を高め、触媒反応効率を向上させることができる。
【００３３】
図４は、本発明の廃プラスチック処理装置の第４実施形態を示すもので、ここに示す処理装置は、原料供給部４１から導入された廃プラスチックを溶融させる溶融槽４２と、溶融槽４２内で溶融した溶融物を熱分解、気化させ触媒に接触させる触媒反応槽４３と、触媒反応槽４３で得られた触媒反応生成物中の高沸点成分を凝縮させ分離するコンデンサ４４とを備えている。
触媒反応槽４３は、ガリウム含有珪酸塩触媒が充填された触媒層４５を備えている。触媒反応槽４３には、熱分解ガス流通時に触媒が変位しない固定床方式を採用することができる。
コンデンサ４４は、触媒反応生成物を導く管路４６内を冷却する冷媒４４ｂを貯留する貯留槽４４ａを備えている。
【００３４】
上記処理装置を用いて廃プラスチックの処理を行うには、溶融槽４２において廃プラスチックを溶融させ、得られた溶融物を触媒反応槽４３に導き、ここで熱分解、気化させるとともにガリウム含有珪酸塩触媒に接触させ、得られた触媒反応生成物を管路４６を通してコンデンサ４４に導き、ここで高沸点成分を凝縮させ、回収する。また低沸点成分は回収経路４７を通して回収する。
この際、経路４８、４９を通して不活性ガスを溶融槽４２、触媒反応槽４３内に導入し不活性ガス雰囲気下で上記熱分解および触媒反応を行うのが好ましい。
【００３５】
上記処理装置では、図１に示す第１実施形態の処理装置と同様に、触媒反応効率を高め、プラスチック原料などの化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む高沸点成分を容易に回収することができる。
さらに、本実施形態の処理装置では、装置構成が簡略であるため、設備コスト削減を図ることができる。
【００３６】
【実施例】
以下、具体例を示して本発明の効果を明確化する。
（実施例）
図４に示す処理装置を用いて以下に示す処理試験を行った。ガリウム含有珪酸塩触媒としてはＨ型ガリウム珪酸塩（Ｓｉ／Ｇａ＝２５）を平均粒径０．８ｍｍの粒状に成形したものを用いた。
ポリエチレンを溶融槽４２内で窒素ガス雰囲気下で２７０℃に加熱し溶融させ、得られた溶融物を触媒反応槽４３において４２５〜５２５℃の条件で熱分解、気化させるとともに上記触媒に接触させた。
この際、溶融物を触媒反応槽４３に供給する速度は、３〜３０ｇプラスチック／ｇ触媒・ｈｒ（Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ（＝Ｗ／Ｆ、Ｗ：触媒量、Ｆ：プラスチック供給速度）２〜２０ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇプラスチック）となるように設定した。
触媒反応槽４３を経た触媒反応生成物をコンデンサ４４に導き、高沸点成分を回収し、ＢＴＸの含有量を測定した。
【００３７】
（比較例）
図６に示す処理装置を用いて以下に示す処理試験を行った。
２ｇのポリエチレンと１．２ｇの触媒との混合物を、反応槽５１内で上記触媒の存在下で４２５〜５００℃の条件で加熱し溶融させ、触媒反応生成物を経路５３を通してコンデンサ５２に導き、高沸点成分を回収し、成分分析に供した。なお反応槽５１内は、経路５４を通して導入された窒素ガスにより窒素雰囲気とした。
【００３８】
上記実施例および比較例において回収された生成物の成分分析結果を図５に示す。
図５より、プラスチックを溶融状態で触媒に接触させる比較例では回収物中のＢＴＸ含有量が低かったのに対し、プラスチックを熱分解し気化させ熱分解ガスとして触媒に接触させた実施例では、高いＢＴＸ収率が得られたことがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の廃プラスチック処理方法では、廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒に接触させるので、熱分解ガスを、効率よくガリウム含有珪酸塩触媒に接触させることができる。
従って、触媒反応の効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を回収することができる。また高濃度の水素を含む処理物を回収することができる。
【００４０】
また本発明の廃プラスチック処理装置は、廃プラスチックを熱分解し気化させる熱分解槽と、熱分解槽内で気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒に接触させる触媒反応槽とを備えているので、熱分解ガスを、容易かつ効率よくガリウム含有珪酸塩触媒に接触させることができる。
従って、触媒反応効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を容易に回収することができる。また高濃度の水素を含む処理物を容易に回収することができる。
また、触媒反応槽を、熱分解槽内に設けることによって、熱分解槽において廃プラスチックを熱分解させる際の余熱によって触媒反応槽内を加熱することができる。このため、触媒反応槽を独立に加熱することが必要なく、設備コスト、加熱コストを低く抑えることができる。
また触媒反応槽を、熱分解槽外に設けられ、かつ内部温度を任意に設定することができるように構成することによって、この触媒反応槽における触媒反応時の温度条件を任意に設定することができる。このため、触媒反応時の温度条件の最適化により、触媒反応効率を高めることができる。
また触媒反応槽を、ガリウム含有珪酸塩触媒が、熱分解ガスによって流動するように構成することによって、この触媒を流動させつつ熱分解ガスに接触させることができ、触媒のほぼ全表面を熱分解ガスに接触させることができる。従って、熱分解ガスと触媒との接触効率を高め、触媒反応効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の廃プラスチック処理方法の一実施形態を実施するために用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の廃プラスチック処理方法の他の実施形態を実施するのに好適に用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【図３】 本発明の廃プラスチック処理方法の他の実施形態を実施するのに好適に用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【図４】 本発明の廃プラスチック処理方法の他の実施形態を実施するのに好適に用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【図５】 試験結果を示すグラフである。
【図６】 従来の廃プラスチック処理方法の一例を実施するのに好適に用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２・・・熱分解槽、３、２３、３３、４３・・・触媒反応槽、８ａ、２８ａ、３８ａ・・・ガリウム含有珪酸塩触媒
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ゴミ等の廃棄物に含まれるポリエチレン、ポリプロピレン等の廃プラスチックを処理し、化学原料、例えばＢＴＸ（ベンゼン、トルエン、およびキシレン）や水素などを回収する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市ゴミ等の廃棄物に含まれるポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系プラスチック等の廃プラスチックを再利用する試みとしては、廃プラスチックを、鉄や白金を担持した活性炭触媒等の触媒の存在下で加熱処理により熱分解させ、燃料や化学原料などとして有用な処理物を得る方法がある。
図６は、従来の廃プラスチック処理方法の一例を実施可能な処理装置を示すもので、この装置は、廃プラスチックを溶融させ触媒５１ａに接触させる反応槽５１と、触媒反応生成物中の高沸点成分を分離するコンデンサ５２を備えている。反応槽５１内には、上記触媒５１ａが収容されている。
この処理装置を用いて廃プラスチックの処理を行うには、廃プラスチックＰを、反応槽５１内で上記触媒５１ａの存在下でヒータ５１ｂを用いて加熱し、触媒反応生成物を経路５３を通してコンデンサ５２に導き、分解生成物として回収する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にあっては、加熱処理により溶融した廃プラスチックが触媒５１ａ表面に付着した状態となり、この付着プラスチックが、廃プラスチックＰと触媒５１ａとの間の効率のよい接触を妨げ、触媒反応の効率が低下する問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、廃プラスチックを触媒を用いて分解処理するにあたり、触媒反応効率を高めることができる廃プラスチック処理方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の廃プラスチック処理装置は、廃プラスチックを熱分解し気化させる熱分解槽と、熱分解槽内で気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒（８ａ）に接触させる触媒反応槽と、触媒反応生成物から高沸点成分を高分子成分として凝縮させて他の成分から分離し前記熱分解槽内に戻す還流器と、前記還流器を経た触媒反応生成物を冷却し、前記反応生成物中の芳香族炭化水素を含む成分を凝縮させるコンデンサとを備え、前記ガリウム含有珪酸塩触媒は、ｘＭI ２Ｏ・ｙＧａ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をイオン交換によりＨ型にしたものであることを特徴とする。
この装置では、触媒分解槽に熱分解ガスが導入されるようになっているため、熱分解ガスを、容易かつ効率よくガリウム含有珪酸塩触媒に接触させることができる。従って、触媒反応効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を容易に回収することができる。また高濃度の水素を含む処理物を容易に回収することができる。
触媒反応槽は、熱分解槽内に設けることによって、熱分解槽において廃プラスチックを熱分解させる際の余熱によって触媒反応槽内を加熱することができる。このため、触媒反応槽を独立に加熱することが必要なく、設備コスト、加熱コストを低く抑えることができる。
また触媒反応槽は、熱分解槽外に設けられ、かつ内部の温度を任意に設定することができるように構成することもでき、この場合には、この触媒反応槽における触媒反応時の温度条件を任意に設定することができる。このため、触媒反応時の温度条件を最適化することが容易となり、触媒反応効率を高めることができる。
また触媒反応槽は、ガリウム含有珪酸塩触媒が、熱分解ガスによって流動するように構成することもでき、この場合には、この触媒を流動させつつ熱分解ガスに接触させることができ、触媒のほぼ全表面を熱分解ガスに接触させることができる。
従って、熱分解ガスと触媒との接触効率を高め、触媒反応効率を向上させることができる。
本発明の廃プラスチック処理方法は、廃プラスチックを前記熱分解槽にて熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを前記触媒反応槽にてガリウム含有珪酸塩触媒に接触させ、前記触媒反応生成物を前記還流器に導入して高沸点成分を高分子成分として凝縮させて前記熱分解槽内に戻し、前記還流器で高分子成分を分離した触媒反応生成物を前記コンデンサで冷却し、凝縮した芳香族炭化水素を含む成分を回収することを特徴とする。
この処理方法にあっては、廃プラスチックを、液体に比べ流動性に優れる熱分解ガスとするため、熱分解ガスを、効率よく触媒に接触させることができる。従って、触媒反応（熱分解ガスの分解、環化反応）の効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を回収することができる。また高濃度の水素を含む処理物を回収することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の廃プラスチック処理装置の第１実施形態を示すもので、ここに示す処理装置は、原料供給部１から供給された廃プラスチックを熱分解させる熱分解槽２と、熱分解槽２内で熱分解され気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させる触媒反応槽３と、触媒反応槽３で得られた触媒反応生成物中の高分子成分を分離する還流器４と、還流器４において高分子成分が分離された反応生成物中の高沸点成分を凝縮させ分離する第１コンデンサ５と、第１コンデンサ５を経た反応生成物中の低沸点成分をさらに凝縮させ分離する第２コンデンサ６とを備えている。
【０００６】
熱分解槽２は、ヒータ２ａを備えており、このヒータ２ａによって、槽内の廃プラスチックを加熱し熱分解させることができるようになっている。
熱分解槽２には攪拌機２ｂが設けられ、槽内の廃プラスチックを攪拌しつつ加熱することができるようになっている。
熱分解槽２には、不活性ガス導入管１４が接続され、熱分解槽２内に窒素、ヘリウムなどの不活性ガスを導入することができるようになっている。
【０００７】
触媒反応槽３は、外筒７内に、ガリウム含有珪酸塩触媒８ａを充填した触媒層８を備えている。
ガリウム含有珪酸塩としては、ガリウム珪酸塩を用いることができ、特にプラスチック分解効率の点から、ｘＭI 2Ｏ・ｙＧａ2Ｏ3・ｚＳｉＯ2・ｎＨ2Ｏ（Ｍ：Ｎａ、Ｋ等）をイオン交換によりＨ型にしたＨ型ガリウム珪酸塩を用いるのが好ましい。
この触媒８ａとしては、ガリウム含有珪酸塩を、平均粒径が例えば０．２〜５ｍｍの粒状に成形したものを用いるのが好ましい。またガリウムをゼオライトや活性炭等の坦体に担持させたもの（例えばＧａ−ＨＺＳＭ−５）を用いることができる。
【０００８】
触媒反応槽３は、熱分解槽２の内部に配置されており、熱分解され気化した熱分解ガスを、熱分解槽２内で触媒層８のガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させることができるようになっている。
【０００９】
還流器４には、触媒反応生成物から高沸点成分を高分子成分として凝縮させ、凝縮した高分子成分を他の成分から分離し経路１０を通して熱分解槽２内に戻すことができる構成を採用することができる。
【００１０】
第１コンデンサ５は、還流器４を経た触媒反応生成物を、冷却水流通経路１２を流通する冷却水により冷却し、反応生成物中の高沸点成分を凝縮させることができるようになっている。
第２コンデンサ６は、第１コンデンサ５を経た触媒反応生成物を、冷却水流通経路１３を流通する冷却水により冷却し、反応生成物中の低沸点成分を凝縮させることができるようになっている。
【００１１】
以下、上記処理装置を用いた場合を例として、本発明の廃プラスチック処理方法の一実施形態を説明する。
本発明の廃プラスチック処理方法の対象となる廃棄物としては、都市ごみ、産業廃棄物等に由来する廃プラスチック、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系プラスチックを含むものを挙げることができる。
【００１２】
本実施形態の処理方法では、まず、好ましくは適度の粒径に粉砕した廃プラスチックを、原料供給部１を通して熱分解槽２内に投入し、この廃プラスチックをヒータ２ａを用いて好ましくは３７５〜５５０℃（さらに好ましくは４２５〜５００℃）に加熱し熱分解させる。
この温度が上記範囲未満であると、廃プラスチックの熱分解が不十分となり、上記範囲を越えると、廃プラスチックの熱分解（低分子化）が過剰となり、後述する反応生成物中の芳香族炭化水素含有率が低下するため好ましくない。
【００１３】
この加熱処理により、廃プラスチックは、例えば炭素数が４〜１０程度の炭化水素に低分子化されて気化し、熱分解ガスとなる。
なお廃プラスチックを熱分解槽２内に投入する際には、予め窒素ガスなどの不活性ガスを導入管１４を通して熱分解槽２内に導入しておき、不活性ガス雰囲気下で上記廃プラスチックを加熱するのが好ましい。
【００１４】
熱分解槽２内で生成した熱分解ガスは、触媒反応槽３内に導入され、触媒反応槽３内を流れつつ、触媒層８を構成するガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触する。
熱分解ガスを上記触媒８ａに接触させる際の温度条件は、３７５〜５５０℃（好ましくは５００〜５５０℃）とするのが好ましい。
この温度が上記範囲未満であると、触媒反応が進行しにくくなり反応生成物中の芳香族炭化水素含有率が低下し、上記範囲を越えると熱分解ガスの分解が過剰となり反応生成物中の芳香族炭化水素含有率が低下するため好ましくない。
【００１５】
熱分解ガスを触媒反応槽３に供給する速度は、３〜１５ｇ熱分解ガス／ｇ触媒・ｈｒ（Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ（＝Ｗ／Ｆ、Ｗ：触媒量、Ｆ：熱分解ガス供給速度）＝４〜２０ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇ熱分解ガス）となるように設定するのが好ましい。
【００１６】
触媒反応槽３においては、ガリウム含有珪酸塩触媒８ａの作用により熱分解ガスの一部がさらに分解される。またこの分解物や熱分解ガスの一部は触媒８ａの作用により環化し芳香族炭化水素となる。
このように、触媒反応槽３において、熱分解ガスは触媒８ａの作用により分解、環化し、その結果、水素（Ｈ2）、炭素数１〜４の炭化水素（以下、Ｃ１〜Ｃ４炭化水素という）、芳香族炭化水素（ベンゼン、トルエン、キシレン等）などの混合物である触媒反応生成物となる。なお以下、ベンゼン、トルエン、およびキシレンをＢＴＸと略称する。
【００１７】
次いで、触媒反応槽３を経た触媒反応生成物を経路９を通して還流器４に導入し、ここで触媒反応生成物を冷却することにより触媒反応生成物中の一部を凝縮させ、凝縮物を他の部分から分離し、経路１０を通して熱分解槽２内に戻す。
凝縮物は、触媒反応生成物中に残留した未分解成分である高分子成分を多く含む。この高分子成分は、再び熱分解槽２内において加熱処理され、熱分解される。
【００１８】
次いで、還流器４において高分子成分を分離した触媒反応生成物を、経路１１を通して第１コンデンサ５に導入し、ここで冷却水流通経路１２を流通する冷却水により冷却し、この反応生成物中の高沸点成分を凝縮させる。
触媒反応生成物を冷却する際の冷却温度は、高すぎれば高沸点成分中におけるＢＴＸ等の芳香族炭化水素が凝縮しにくくなり、凝縮物中の芳香族炭化水素の含有量が低くなり、低すぎれば低分子の炭化水素などが凝縮しやすくなるため、凝縮物中の上記芳香族炭化水素の含有量が低くなる。このため、この冷却温度は、３０〜５０℃とするのが好ましい。
【００１９】
凝縮した高沸点成分は、経路１５を経て油水分離器１６に導入され、ここで水分が分離された後に回収経路１７を通して回収される。
回収された高沸点成分は、高濃度のＢＴＸなどの芳香族炭化水素を含むものとなる。
【００２０】
次いで、第１コンデンサ５を通過した反応生成物を、経路１８を通して第２コンデンサ６に導入し、ここで冷却水流通経路１３を流通する冷却水により冷却する。第２コンデンサ６では、未凝縮のまま第１コンデンサ５を通過したＢＴＸなどの芳香族炭化水素を含む低沸点成分が凝縮し、経路１９を通して回収器２０に導入された後、回収経路２１を通して回収される。
【００２１】
次いで、第２コンデンサ６を通過した低沸点成分を経路２２を経てドレン３２に導入し、ここで水分などを分離した後、回収経路２４を通して回収する。
回収された低沸点成分は、高濃度の水素（Ｈ2）およびＣ１〜Ｃ４炭化水素を含むものとなる。
【００２２】
回収経路１７、２１を通して回収された成分は、高濃度のＢＴＸなどの芳香族炭化水素を含むため、化学原料として利用できる。
また回収経路２４を通して回収された低沸点成分は、高濃度の水素（Ｈ2）を含むため、燃料電池システム用水素含有ガスとして用いることができる。また石油系炭化水素の改質や石油脱硫などに用いることができる。またこの低沸点成分は、Ｃ１〜Ｃ４炭化水素を含むため、燃料ガスとしても使用可能である。
【００２３】
上記廃プラスチック処理方法にあっては、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを触媒反応槽３に導き、触媒反応槽３内で流通させて触媒層８を構成するガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させる。
この際、熱分解ガスは、液体に比べ流動性に優れるガスであるため、触媒反応槽３内を滞留することなく流通する。
このため、熱分解ガスを、効率よくガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させることができる。
従って、触媒反応（熱分解ガスの分解、環化反応）の効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を回収することができる。
これに対し、廃プラスチックを溶融状態で触媒に接触させる従来法では、溶融したプラスチックが触媒表面に付着してしまい、この付着プラスチックが、廃プラスチックと触媒との間の効率のよい接触を妨げ、触媒反応の効率が低下するおそれがある。
【００２４】
ガリウム含有珪酸塩触媒を用いることによってＢＴＸなどの芳香族炭化水素をを高収率で回収することができるのは、ガリウム含有珪酸塩触媒が持つプラスチック分解能と分解物環化能との比率が、上記廃プラスチックを芳香族炭化水素に変化させるために適したものであるためであると考えられる。
また回収経路２４を通して回収された低沸点成分が、高濃度の水素を含むものとなるのは、芳香族炭化水素生成時において、反応生成物中の鎖状炭化水素がベンゼン環を形成する際に余剰の水素が単体として生成しやすいためであると考えられる。
【００２５】
また、上記廃プラスチック処理装置にあっては、廃プラスチックを熱分解させる熱分解槽２と、熱分解槽２内で熱分解され気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させる触媒反応槽３と、触媒反応生成物中の高分子成分を凝縮させ分離する還流器４とを備えているので、廃プラスチックを熱分解槽２で熱分解させた熱分解ガスを、触媒反応槽３において容易かつ効率よくガリウム含有珪酸塩触媒８ａに接触させることができる。
従って、触媒反応（熱分解ガスの分解、環化反応）の効率を高め、ＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を容易に回収することができる。また高濃度の水素を含む処理物を容易に回収することができる。
【００２６】
また触媒反応槽３が熱分解槽２内に配置されているので、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解させる際の余熱によって触媒反応槽３内を加熱することができる。このため、触媒反応槽３を独立に加熱することが必要なく、触媒反応槽３専用のヒータが不要となり、設備コスト、加熱コストを低く抑えることができる。
【００２７】
図２は、本発明の廃プラスチック処理装置の第２実施形態を示すもので、ここに示す処理装置は、原料供給部１から供給された廃プラスチックを熱分解させる熱分解槽２と、熱分解槽２内で熱分解され気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒２８ａに接触させる触媒反応槽２３と、触媒反応槽２３で得られた触媒反応生成物中の高分子成分を分離する還流器４と、還流器４において高分子成分が分離された反応生成物中の高沸点成分を凝縮させ分離するコンデンサ２５とを備えている。
触媒反応槽２３は、外筒２７内に触媒２８ａが充填された触媒層２８を備えており、熱分解槽２の外部に設けられ、かつヒータ２３ａによって内部温度を任意に設定できるようになっている。
また、触媒反応槽２３には、熱分解ガスを流通させる際に、外筒２７内に充填されたガリウム含有珪酸塩触媒２８ａが外筒２７に対し変位しない固定床方式を採用することができる。
【００２８】
上記装置を用いて廃プラスチックの処理を行うには、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを経路２６を通して触媒反応槽２３に導き、ここでガリウム含有珪酸塩触媒２８ａに接触させ、得られた触媒反応生成物を還流器４を経てコンデンサ２５に導き、ここで高沸点成分を凝縮させ回収経路２９を通して回収し、低沸点成分を回収経路３０を通して回収する。
【００２９】
上記処理装置では、図１に示す第１実施形態の処理装置と同様に、触媒反応効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む高沸点成分を容易に回収することができる。
さらに、本実施形態の処理装置では、触媒反応槽２３が熱分解槽２の外部に設けられ、かつ内部温度を任意に設定できるようになっているので、触媒反応槽２３における触媒反応時の温度条件を任意に設定することができる。このため、触媒反応時の温度条件の最適化により触媒反応効率を高めることができる。
【００３０】
図３は、本発明の廃プラスチック処理装置の第３実施形態を示すもので、ここに示す処理装置では、触媒反応槽３３に、熱分解ガスの流通によって粒状のガリウム含有珪酸塩触媒３８ａが外筒３７内で流動する流動床方式が採用されている。
触媒反応槽３３の後段には、触媒反応槽３３を経た触媒反応生成物とともに槽外に流出した触媒を分離回収する分離部３４が設けられ、回収した触媒を経路３５を通して触媒反応槽３３に戻すことができるようになっている。
【００３１】
上記処理装置を用いて廃プラスチックの処理を行うには、熱分解槽２において廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを経路３１を通して触媒反応槽３３に導き、ここでガリウム含有珪酸塩触媒３８ａに接触させる。
この際、触媒反応槽３３に導入され外筒３７内を流通する熱分解ガスによって、ガリウム含有珪酸塩触媒３８ａは外筒３７内で流動し、流動しつつ熱分解ガスに接触する。
次いで、触媒反応槽３３を経た触媒反応生成物を、還流器４を経てコンデンサ２５に導き、ここで高沸点成分を凝縮させ回収経路２９を通して回収し、低沸点成分を回収経路３０を通して回収する。
この際、触媒反応生成物とともに触媒反応槽３３外に流出した触媒は、分離部３４で回収し経路３５を通して触媒反応槽３３に戻す。
【００３２】
上記処理装置では、図１に示す第１実施形態の処理装置と同様に、触媒反応効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む高沸点成分を容易に回収することができる。
さらに、本実施形態の処理装置では、触媒反応槽３３に流動床方式が採用されているので、粒状の触媒３８ａを外筒２７内で流動させつつ熱分解ガスに接触させることができる。このため、触媒３８ａのほぼ全表面を熱分解ガスに接触させることができる。従って、熱分解ガスと触媒との接触効率を高め、触媒反応効率を向上させることができる。
【００３３】
図４は、本発明の廃プラスチック処理装置の第４実施形態を示すもので、ここに示す処理装置は、原料供給部４１から導入された廃プラスチックを溶融させる溶融槽４２と、溶融槽４２内で溶融した溶融物を熱分解、気化させ触媒に接触させる触媒反応槽４３と、触媒反応槽４３で得られた触媒反応生成物中の高沸点成分を凝縮させ分離するコンデンサ４４とを備えている。
触媒反応槽４３は、ガリウム含有珪酸塩触媒が充填された触媒層４５を備えている。触媒反応槽４３には、熱分解ガス流通時に触媒が変位しない固定床方式を採用することができる。
コンデンサ４４は、触媒反応生成物を導く管路４６内を冷却する冷媒４４ｂを貯留する貯留槽４４ａを備えている。
【００３４】
上記処理装置を用いて廃プラスチックの処理を行うには、溶融槽４２において廃プラスチックを溶融させ、得られた溶融物を触媒反応槽４３に導き、ここで熱分解、気化させるとともにガリウム含有珪酸塩触媒に接触させ、得られた触媒反応生成物を管路４６を通してコンデンサ４４に導き、ここで高沸点成分を凝縮させ、回収する。また低沸点成分は回収経路４７を通して回収する。
この際、経路４８、４９を通して不活性ガスを溶融槽４２、触媒反応槽４３内に導入し不活性ガス雰囲気下で上記熱分解および触媒反応を行うのが好ましい。
【００３５】
上記処理装置では、図１に示す第１実施形態の処理装置と同様に、触媒反応効率を高め、プラスチック原料などの化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む高沸点成分を容易に回収することができる。
さらに、本実施形態の処理装置では、装置構成が簡略であるため、設備コスト削減を図ることができる。
【００３６】
【実施例】
以下、具体例を示して本発明の効果を明確化する。
（実施例）
図４に示す処理装置を用いて以下に示す処理試験を行った。ガリウム含有珪酸塩触媒としてはＨ型ガリウム珪酸塩（Ｓｉ／Ｇａ＝２５）を平均粒径０．８ｍｍの粒状に成形したものを用いた。
ポリエチレンを溶融槽４２内で窒素ガス雰囲気下で２７０℃に加熱し溶融させ、得られた溶融物を触媒反応槽４３において４２５〜５２５℃の条件で熱分解、気化させるとともに上記触媒に接触させた。
この際、溶融物を触媒反応槽４３に供給する速度は、３〜３０ｇプラスチック／ｇ触媒・ｈｒ（Ｔｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ（＝Ｗ／Ｆ、Ｗ：触媒量、Ｆ：プラスチック供給速度）２〜２０ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇプラスチック）となるように設定した。
触媒反応槽４３を経た触媒反応生成物をコンデンサ４４に導き、高沸点成分を回収し、ＢＴＸの含有量を測定した。
【００３７】
（比較例）
図６に示す処理装置を用いて以下に示す処理試験を行った。
２ｇのポリエチレンと１．２ｇの触媒との混合物を、反応槽５１内で上記触媒の存在下で４２５〜５００℃の条件で加熱し溶融させ、触媒反応生成物を経路５３を通してコンデンサ５２に導き、高沸点成分を回収し、成分分析に供した。なお反応槽５１内は、経路５４を通して導入された窒素ガスにより窒素雰囲気とした。
【００３８】
上記実施例および比較例において回収された生成物の成分分析結果を図５に示す。
図５より、プラスチックを溶融状態で触媒に接触させる比較例では回収物中のＢＴＸ含有量が低かったのに対し、プラスチックを熱分解し気化させ熱分解ガスとして触媒に接触させた実施例では、高いＢＴＸ収率が得られたことがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の廃プラスチック処理方法では、廃プラスチックを熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒に接触させるので、熱分解ガスを、効率よくガリウム含有珪酸塩触媒に接触させることができる。
従って、触媒反応の効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を回収することができる。また高濃度の水素を含む処理物を回収することができる。
【００４０】
また本発明の廃プラスチック処理装置は、廃プラスチックを熱分解し気化させる熱分解槽と、熱分解槽内で気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒に接触させる触媒反応槽とを備えているので、熱分解ガスを、容易かつ効率よくガリウム含有珪酸塩触媒に接触させることができる。
従って、触媒反応効率を高め、化学原料として有用なＢＴＸなどの芳香族炭化水素を高濃度で含む処理物を容易に回収することができる。また高濃度の水素を含む処理物を容易に回収することができる。
また、触媒反応槽を、熱分解槽内に設けることによって、熱分解槽において廃プラスチックを熱分解させる際の余熱によって触媒反応槽内を加熱することができる。このため、触媒反応槽を独立に加熱することが必要なく、設備コスト、加熱コストを低く抑えることができる。
また触媒反応槽を、熱分解槽外に設けられ、かつ内部温度を任意に設定することができるように構成することによって、この触媒反応槽における触媒反応時の温度条件を任意に設定することができる。このため、触媒反応時の温度条件の最適化により、触媒反応効率を高めることができる。
また触媒反応槽を、ガリウム含有珪酸塩触媒が、熱分解ガスによって流動するように構成することによって、この触媒を流動させつつ熱分解ガスに接触させることができ、触媒のほぼ全表面を熱分解ガスに接触させることができる。従って、熱分解ガスと触媒との接触効率を高め、触媒反応効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の廃プラスチック処理方法の一実施形態を実施するために用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の廃プラスチック処理方法の他の実施形態を実施するのに好適に用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【図３】 本発明の廃プラスチック処理方法の他の実施形態を実施するのに好適に用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【図４】 本発明の廃プラスチック処理方法の他の実施形態を実施するのに好適に用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【図５】 試験結果を示すグラフである。
【図６】 従来の廃プラスチック処理方法の一例を実施するのに好適に用いられる処理装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２・・・熱分解槽、３、２３、３３、４３・・・触媒反応槽、８ａ、２８ａ、３８ａ・・・ガリウム含有珪酸塩触媒
Claims (5)
- 廃プラスチックを熱分解し気化させる熱分解槽（２）と、
熱分解槽内で気化した熱分解ガスをガリウム含有珪酸塩触媒（８ａ）に接触させる触媒反応槽（３）と、
触媒反応生成物から高沸点成分を高分子成分として凝縮させて他の成分から分離し前記熱分解槽内に戻す還流器（４）と、
前記還流器を経た触媒反応生成物を冷却し、前記反応生成物中の芳香族炭化水素を含む成分を凝縮させるコンデンサ（５、６）とを備え、
前記ガリウム含有珪酸塩触媒は、ｘＭI ２Ｏ・ｙＧａ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をイオン交換によりＨ型にしたものであることを特徴とする廃プラスチック処理装置。 - 触媒反応槽（３）は、熱分解槽内に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。
- 触媒反応槽（２３）は、熱分解槽外に設けられ、かつ内部温度を任意に設定することができるようにさ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。
- 触媒反応槽（３３）は、ガリウム含有珪酸塩触媒（３８ａ）が、熱分解ガスによって流動するようにされていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の廃プラスチック処理装置。
- 請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の廃プラスチック処理装置を用いて廃プラスチックを処理する方法であって、
廃プラスチックを前記熱分解槽にて熱分解により気化させ、得られた熱分解ガスを前記触媒反応槽にてガリウム含有珪酸塩触媒に接触させ、前記触媒反応生成物を前記還流器に導入して高沸点成分を高分子成分として凝縮させて前記熱分解槽内に戻し、前記還流器で高分子成分を分離した触媒反応生成物を前記コンデンサで冷却し、凝縮した芳香族炭化水素を含む成分を回収することを特徴とする廃プラスチック処理方法。
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