JP4341162B2

JP4341162B2 - Waste plastic processing method and apparatus

Info

Publication number: JP4341162B2
Application number: JP2000282629A
Authority: JP
Inventors: 芳夫上道; 明己菖蒲; 正皓伊東; 順也西野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2000-09-18
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2020-09-18
Also published as: JP2002088375A

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、オレフィンなどの化学原料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、廃プラスチックを熱分解させることによって、化学原料として有用なオレフィンなどの炭化水素等の処理物を得る廃プラスチック処理方法がある。
具体的には、廃プラスチックを高温（例えば７００〜１５００℃）下において単純熱分解により油化またはガス化する方法のほか、鉄や白金を担持した活性炭触媒やゼオライト触媒等の触媒の存在下で廃プラスチックを熱分解させる方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、目的とする炭化水素（オレフィンなど）の収率が低い問題があり、化学原料として利用しうる形態の処理物を得るには、さらなる精製が必要となり、工程が煩雑となり処理コストの点で不満があった。
特に、単純熱分解を採用する場合には、高温の加熱処理が必要となるため、燃料コストが嵩む問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、炭化水素、特にオレフィンの収率が高く、しかも低コストで実施できる廃プラスチック処理方法および装置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】
上記課題は、本発明の廃プラスチック処理方法は、廃プラスチックを熱分解により気化させて得られた熱分解ガスをホウ素含有珪酸塩触媒に接触させ、触媒反応生成物を回収し、前記ホウ素含有珪酸塩触媒は、ｘＭ^Ｉ _２Ｏ・ｙＢ_２Ｏ_３・ｚＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をプロトン置換によりＨ型にしたものであることを特徴とする。
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ホウ素含有珪酸塩触媒に接触させる触媒反応槽とを備え、前記ホウ素含有珪酸塩触媒は、ｘＭ^Ｉ _２Ｏ・ｙＢ_２Ｏ_３・ｚＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏ（Ｍ：ＮａまたはＫ）をプロトン置換によりＨ型にしたものであることを特徴とする。
触媒反応槽は、熱分解槽内に設けることができる。
また本発明では、触媒反応槽が、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構成を採用することもできる。
触媒反応槽は、ホウ素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ホウ素含有珪酸塩触媒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低沸点成分を凝縮させ分離する第１および第２コンデンサ５、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、ホウ素含有珪酸塩触媒８ａを充填した触媒層８を備えている。
ホウ素含有珪酸塩としては、ホウ素化珪酸塩を用いることができ、特に廃プラスチックの分解効率の点から、ｘＭ^I ₂Ｏ・ｙＢ₂Ｏ₃・ｚＳｉＯ₂・ｎＨ₂Ｏ（Ｍ：Ｎａ、Ｋ等）をプロトン置換によりＨ型にしたＨ型ホウ素化珪酸塩を用いるのが好ましい。
ホウ素含有珪酸塩としては、ゼオライトＨＺＳＭ−５をイオン交換などによりホウ素化したＢ−ＨＺＳＭ−５を用いることもできる。
ホウ素含有珪酸塩触媒８ａ中の珪素とホウ素の比Ｓｉ／Ｂ（重量比）は、２０〜１２０（好ましくは５０〜１００）とするのが好ましい。
この触媒８ａとしては、ホウ素含有珪酸塩を、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。
【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のホウ素含有珪酸塩触媒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凝縮させ、凝縮した高沸点成分を他の成分から分離し経路１０を通して熱分解槽２内に返送することができる構成を採用することができる。
第１および第２コンデンサ５、６は、触媒反応生成物を、冷却水流通経路１２、１３を流通する冷却水により冷却し、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。
【００１０】
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処理対象としては、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。
【００１１】
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３７５〜６００℃（さらに好ましくは４００〜５７５℃）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る。また上記温度が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オレフィン含有率が低下するため好ましくない。
【００１２】
この加熱処理により、廃プラスチックは、例えば炭素数が４〜２０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。
【００１３】
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を構成するホウ素含有珪酸塩触媒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、３７５〜６００℃（好ましくは５００〜５７５℃）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オレフィン含有率が低下し、上記範囲を越えると熱分解ガスの分解が過剰となって反応生成物中のオレフィン含有率が低下するため好ましくない。
【００１４】
熱分解ガスを触媒反応槽３に供給する速度は、３〜３０ｇ熱分解ガス／ｇ触媒・ｈｒ（ＴｉｍｅＦａｃｔｏｒ（＝Ｗ／Ｆ、Ｗ：触媒量、Ｆ：熱分解ガス供給速度）＝２〜２０ｇ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。
この速度は、４〜１０ｇ熱分解ガス／ｇ触媒・ｈｒ（ＴｉｍｅＦａｃｔｏｒ＝６〜１５ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇ熱分解ガス）となるように設定するのがより好ましい。
【００１５】
触媒反応槽３においては、ホウ素含有珪酸塩触媒８ａの作用により熱分解ガスの一部が分解または再結合することによりオレフィン化する。
これによって、炭素数２〜５の炭化水素（以下、Ｃ２〜Ｃ５炭化水素という）であるオレフィンを多く含む触媒反応生成物が得られる。
【００１６】
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内に返送する。
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。
【００１７】
次いで、還流器４を経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低沸点成分を凝縮させ、経路１５、油水分離器１６を経て回収経路１７を通して回収する。
【００１８】
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、第１コンデンサ５で凝縮した低沸点成分に比べ沸点が同等または低い成分が凝縮し、経路１９、回収器２０を経て回収経路２１を通して回収される。
【００１９】
次いで、第２コンデンサ６を通過した反応生成物を経路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。
回収された反応生成物は、Ｃ２〜Ｃ５炭化水素であるオレフィンを多く含むものとなる。このため、プラスチック原料などの化学原料として利用できる。
【００２０】
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、触媒層８を構成するホウ素含有珪酸塩触媒８ａに接触させるので、ホウ素含有珪酸塩触媒８ａの触媒作用により、熱分解ガスはオレフィン化する。
このため、煩雑な精製工程を経ることなく、プラスチック原料などの化学原料として有用なオレフィンを多く含む処理物を回収することができる。
従って、処理工程を簡略化し、処理コストを削減することができる。
また比較的低温（例えば３７５〜６００℃）での処理が可能となるため、加熱コストを低く抑えることができる。
【００２１】
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ホウ素含有珪酸塩触媒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ホウ素含有珪酸塩触媒８ａに接触させることができる。
このため、触媒反応（熱分解ガスのオレフィン化反応）の効率を高め、化学原料として有用なオレフィンを多く含む処理物を容易に回収することができる。従って、処理工程を簡略化し、処理コストを削減することができる。
【００２２】
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。
【００２３】
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ホウ素含有珪酸塩触媒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低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を備えている。触媒反応槽２３は、熱分解槽２の外部に設けられており、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内に充填されたホウ素含有珪酸塩触媒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。
【００２４】
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、ここでホウ素含有珪酸塩触媒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、除去し、低沸点成分である処理物を回収経路３０を通して回収する。
【００２５】
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オレフィンを多く含む処理物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。
【００２６】
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ホウ素含有珪酸塩触媒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３８ａを分離回収する分離部３４が設けられ、回収した触媒３８ａ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。
【００２７】
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、ここでホウ素含有珪酸塩触媒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、ホウ素含有珪酸塩触媒３８ａは外筒３７内で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、除去し、低沸点成分である処理物を回収経路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３８ａ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。
【００２８】
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オレフィンを多く含む処理物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３７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３８ａ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。
【００２９】
【実施例】
以下、具体例を示して本発明の効果を明確化する。
（試験例１〜５、７〜９）
図１に示す処理装置を用いて以下に示す処理試験を行った。ホウ素含有珪酸塩触媒８ａとしてはＨ型ホウ素化珪酸塩（Ｓｉ／Ｇａ＝７１）を平均粒径０．８ｍｍの粒状に成形したものを用いた。
低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）を、原料供給部１を通して熱分解槽２内に投入し、ヒータ２ａを用いて加熱し熱分解させ、生成した熱分解ガスを、Ｗ／Ｆが６〜１５ｇ触媒・ｍｉｎ／ｇ熱分解ガスとなるように、触媒反応槽３内のホウ素含有珪酸塩触媒８ａに接触させた。
触媒反応槽３を経た触媒反応生成物を、還流器４、第１および第２コンデンサ５、６を経て回収経路２４を通して回収し、回収物の成分分析を行った。
結果を表１〜３に示す。
【００３０】
（試験例６、１０）
ホウ素含有珪酸塩触媒８ａを使用しないこと以外は試験例１に準じて処理試験を行った。
結果を表１〜３に併せて示す。
【００３１】
（比較例１、２）
ポリエチレンを、触媒を使用しないで熱分解して得られた分解物の成分分析結果を表３に併せて示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
【表３】

【００３５】
表１〜３より、ホウ素含有珪酸塩触媒８ａを用いる場合には、これを用いない場合に比べ、処理温度が低いにも拘わらず、オレフィンの回収率を高めることができたことがわかる。
【００３６】
【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て得られた熱分解ガスをホウ素含有珪酸塩触媒に接触させるので、ホウ素含有珪酸塩触媒の触媒作用により、熱分解ガスはオレフィン化する。
このため、煩雑な精製工程を経ることなく、プラスチック原料などの化学原料として有用なオレフィンを多く含む処理物を回収することができる。
従って、処理工程を簡略化し、処理コストを削減することができる。
また比較的低温での処理が可能となるため、加熱コストを低く抑えることができる。
【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第１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第２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第３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。
【符号の説明】
２・・・熱分解槽、３、２３、３３・・・触媒反応槽、８ａ、２８ａ、３８ａ・・・ホウ素含有珪酸塩触媒[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for treating waste plastics such as polyethylene and polypropylene contained in waste such as municipal waste and recovering chemical raw materials such as olefins.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an attempt to recycle waste plastics such as polyethylene and polypropylene plastics such as polypropylene contained in waste such as municipal waste, hydrocarbons such as olefins that are useful as chemical raw materials by thermally decomposing waste plastics. There is a waste plastic processing method to obtain processed materials such as.
Specifically, in addition to a method in which waste plastic is liquefied or gasified by simple pyrolysis at a high temperature (for example, 700 to 1500 ° C.), in the presence of a catalyst such as an activated carbon catalyst or a zeolite catalyst supporting iron or platinum. There is a method to thermally decompose waste plastic.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above prior art has a problem that the yield of the target hydrocarbon (olefin, etc.) is low, and in order to obtain a processed product that can be used as a chemical raw material, further purification is required and the process becomes complicated. I was dissatisfied with the processing cost.
In particular, in the case of adopting simple pyrolysis, there is a problem that the fuel cost increases because high-temperature heat treatment is required.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a waste plastic treatment method and apparatus which can be carried out at a low cost with a high yield of hydrocarbons, particularly olefins.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The above-described problem is that, in the waste plastic treatment method of the present invention, a pyrolysis gas obtained by vaporizing waste plastic by pyrolysis is brought into contact with a boron-containing silicate catalyst, a catalytic reaction product is recovered, and the boron-containing silicic acid is recovered. The salt catalyst is characterized in that xM ^I ₂ O.yB ₂ O ₃ .zSiO ₂ .nH ₂ O (M: Na or K) is converted to H-type by proton substitution.
The waste plastic treatment apparatus of the present invention comprises a pyrolysis tank for pyrolyzing and vaporizing waste plastic, and a catalytic reaction tank for bringing the pyrolysis gas vaporized in the pyrolysis tank into contact with a boron-containing silicate catalyst, The contained silicate catalyst is characterized in that xM ^I ₂ O.yB ₂ O ₃ .zSiO ₂ .nH ₂ O (M: Na or K) is converted to H-type by proton substitution.
The catalytic reaction tank can be provided in the pyrolysis tank.
In the present invention, a configuration in which the catalytic reaction tank is provided outside the pyrolysis tank and the internal temperature can be arbitrarily set can be adopted.
The catalytic reactor can also be configured such that the boron-containing silicate catalyst flows with the pyrolysis gas.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a first embodiment of the waste plastic processing apparatus of the present invention. The processing apparatus shown here includes a thermal decomposition tank 2 for thermally decomposing waste plastic supplied from a raw material supply unit 1, and a thermal decomposition. A catalytic reaction tank 3 for bringing the pyrolysis gas pyrolyzed and vaporized in the tank 2 into contact with the boron-containing silicate catalyst 8a, and a reflux device for separating the polymer component in the catalytic reaction product obtained in the catalytic reaction tank 3 4 and first and second capacitors 5 and 6 for condensing and separating the low boiling point components in the reaction product from which the polymer component has been separated in the reflux unit 4.
[0006]
The thermal decomposition tank 2 includes a heater 2a, and the heater 2a can heat and decompose the waste plastic in the tank.
The pyrolysis tank 2 is provided with a stirrer 2b so that the waste plastic in the tank can be heated while being stirred.
An inert gas introduction pipe 14 is connected to the pyrolysis tank 2 so that an inert gas such as nitrogen or helium can be introduced into the pyrolysis tank 2.
[0007]
The catalyst reaction tank 3 includes a catalyst layer 8 filled with a boron-containing silicate catalyst 8 a in an outer cylinder 7.
As the boron-containing silicate, a borated silicate can be used. In particular, from the viewpoint of decomposition efficiency of waste plastic, xM ^I ₂ O.yB ₂ O ₃ .zSiO ₂ .nH ₂ O (M: Na, K, etc.) It is preferable to use H-type boronated silicate that is converted to H-type by proton substitution.
As the boron-containing silicate, B-HZSM-5 obtained by boronizing zeolite HZSM-5 by ion exchange or the like can also be used.
The silicon-boron ratio Si / B (weight ratio) in the boron-containing silicate catalyst 8a is preferably 20 to 120 (preferably 50 to 100).
As the catalyst 8a, it is preferable to use a boron-containing silicate formed into a granule having an average particle diameter of, for example, 0.2 to 5 mm.
[0008]
The catalytic reaction tank 3 is disposed inside the pyrolysis tank 2, and the pyrolysis gas that has been pyrolyzed and vaporized can be brought into contact with the boron-containing silicate catalyst 8 a of the catalyst layer 8 in the pyrolysis tank 2. It is like that.
[0009]
It is possible to employ a configuration in which the high boiling point component is condensed from the catalytic reaction product, and the condensed high boiling point component is separated from other components and returned to the thermal decomposition tank 2 through the path 10 in the reflux device 4. it can.
The first and second capacitors 5 and 6 are configured to cool the catalytic reaction product with the cooling water flowing through the cooling

water flow paths

12 and 13 to condense the low boiling point components.
[0010]
Hereinafter, an embodiment of the waste plastic processing method of the present invention will be described by taking the case of using the processing apparatus as an example.
Examples of the treatment object of the waste plastic treatment method of the present invention include waste plastics derived from municipal waste, industrial waste, etc., for example, those containing polyolefin plastics such as polyethylene and polypropylene.
[0011]
In the treatment method of this embodiment, first, waste plastic, preferably pulverized to an appropriate particle size, is introduced into the thermal decomposition tank 2 through the raw material supply unit 1, and this waste plastic is preferably 375-mm using a heater 2a. Heat to 600 ° C. (more preferably 400 to 575 ° C.) for thermal decomposition.
When this temperature is less than the above range, the thermal decomposition of the waste plastic becomes insufficient. On the other hand, when the temperature exceeds the above range, the thermal decomposition (reduction in molecular weight) of the waste plastic becomes excessive, and the olefin content in the reaction product described later is lowered, which is not preferable.
[0012]
By this heat treatment, the waste plastic is vaporized by being reduced in molecular weight to a hydrocarbon having, for example, about 4 to 20 carbon atoms, and becomes a pyrolysis gas.
In addition, when putting waste plastic into the thermal decomposition tank 2, an inert gas such as nitrogen gas is introduced into the thermal decomposition tank 2 through the introduction pipe 14 in advance, and the waste plastic is placed under an inert gas atmosphere. Heating is preferred.
[0013]
The pyrolysis gas generated in the pyrolysis tank 2 is introduced into the catalyst reaction tank 3 and comes into contact with the boron-containing silicate catalyst 8 a constituting the catalyst layer 8 while flowing in the catalyst reaction tank 3.
The temperature condition for bringing the pyrolysis gas into contact with the catalyst 8a is preferably 375 to 600 ° C. (preferably 500 to 575 ° C.).
When this temperature is less than the above range, the catalytic reaction is difficult to proceed, and the olefin content in the reaction product is reduced. When the temperature exceeds the above range, pyrolysis gas is excessively decomposed and the olefin in the reaction product is reduced. Since the content rate decreases, it is not preferable.
[0014]
The rate at which the pyrolysis gas is supplied to the catalytic reactor 3 is 3 to 30 g pyrolysis gas / g catalyst · hr (Time Factor (= W / F, W: catalyst amount, F: pyrolysis gas supply rate) = 2 to 2. 20 g catalyst / min / g pyrolysis gas) is preferable.
This rate is more preferably set to 4 to 10 g pyrolysis gas / g catalyst · hr (Time Factor = 6 to 15 g catalyst · min / g pyrolysis gas).
[0015]
In the catalytic reaction tank 3, a part of the pyrolysis gas is olefinated by decomposition or recombination by the action of the boron-containing silicate catalyst 8a.
As a result, a catalytic reaction product containing a large amount of olefin which is a hydrocarbon having 2 to 5 carbon atoms (hereinafter referred to as C2 to C5 hydrocarbon) is obtained.
[0016]
Next, the catalytic reaction product that has passed through the catalytic reaction tank 3 is introduced into the reflux device 4 through the path 9, where the catalytic reaction product is cooled to condense a part of the catalytic reaction product, and to remove the condensate. And is returned to the pyrolysis tank 2 through the path 10.
The condensate contains a large amount of polymer components that are undecomposed components remaining in the catalytic reaction product. This polymer component is again heat-treated in the pyrolysis tank 2 and pyrolyzed.
[0017]
Next, the catalytic reaction product that has passed through the refluxing device 4 is introduced into the first condenser 5 through the path 11 and is cooled by cooling water that flows through the cooling water circulation path 12, and low boiling point components in the reaction product are removed. It is condensed and recovered through a recovery path 17 via a path 15 and an oil / water separator 16.
[0018]
Next, the reaction product that has passed through the first capacitor 5 is introduced into the second capacitor 6 through the path 18, where it is cooled by the cooling water flowing through the cooling water flow path 13. In the second capacitor 6, a component having a boiling point equal to or lower than that of the low boiling point component condensed in the first capacitor 5 is condensed and recovered through the recovery path 21 via the path 19 and the recovery device 20.
[0019]
Next, the reaction product that has passed through the second condenser 6 is introduced into the drain 32 via the path 22, where water and the like are separated and then collected through the collection path 24.
The recovered reaction product contains a large amount of olefins which are C2 to C5 hydrocarbons. For this reason, it can utilize as chemical raw materials, such as a plastic raw material.
[0020]
In the waste plastic treatment method, the waste plastic is vaporized by thermal decomposition in the thermal decomposition tank 2, the obtained thermal decomposition gas is guided to the catalyst reaction tank 3, and circulated in the catalyst reaction tank 3. Therefore, the pyrolysis gas is olefinated by the catalytic action of the boron-containing silicate catalyst 8a.
For this reason, the processed material containing many olefins useful as chemical raw materials, such as a plastic raw material, can be collect | recovered, without passing through a complicated refinement | purification process.
Accordingly, the processing steps can be simplified and the processing cost can be reduced.
Further, since the treatment at a relatively low temperature (for example, 375 to 600 ° C.) is possible, the heating cost can be kept low.
[0021]
In the waste plastic treatment apparatus, the thermal decomposition tank 2 for thermally decomposing the waste plastic, and the catalytic reaction in which the pyrolysis gas pyrolyzed and vaporized in the thermal decomposition tank 2 is brought into contact with the boron-containing silicate catalyst 8a. Since the tank 3 and the reflux device 4 for condensing and separating the polymer component in the catalytic reaction product are provided, the pyrolysis gas obtained by thermally decomposing the waste plastic in the pyrolysis tank 2 is supplied to the catalyst reaction tank 3. It can be easily and efficiently brought into contact with the boron-containing silicate catalyst 8a.
For this reason, the efficiency of the catalytic reaction (the olefination reaction of the pyrolysis gas) can be increased, and a processed product containing a large amount of olefin useful as a chemical raw material can be easily recovered. Accordingly, the processing steps can be simplified and the processing cost can be reduced.
[0022]
Further, since the catalytic reaction tank 3 is disposed in the thermal decomposition tank 2, the inside of the catalytic reaction tank 3 can be heated by the residual heat when the waste plastic is thermally decomposed in the thermal decomposition tank 2. For this reason, it is not necessary to heat the catalyst reaction tank 3 independently, a heater for the catalyst reaction tank 3 is not required, and equipment costs and heating costs can be kept low.
[0023]
FIG. 2 shows a second embodiment of the waste plastic processing apparatus of the present invention. The processing apparatus shown here includes a thermal decomposition tank 2 for thermally decomposing waste plastic supplied from a raw material supply unit 1, and thermal decomposition. A catalytic reaction tank 23 in which the pyrolysis gas pyrolyzed and vaporized in the tank 2 is brought into contact with the boron-containing silicate catalyst 28a, and a reflux device for separating the polymer component in the catalytic reaction product obtained in the catalytic reaction tank 23. 4 and a condenser 25 that condenses and separates the low boiling point component in the reaction product from which the polymer component has been separated in the reflux unit 4.
The catalyst reaction tank 23 includes a catalyst layer 28 in which an outer cylinder 27 is filled with a catalyst 28a. The catalyst reaction tank 23 is provided outside the thermal decomposition tank 2, and the internal temperature can be arbitrarily set by the heater 23a.
Further, a fixed bed system in which the boron-containing silicate catalyst 28 a filled in the outer cylinder 27 is not displaced with respect to the outer cylinder 27 when the pyrolysis gas is circulated can be adopted for the catalyst reaction tank 23.
[0024]
In order to treat the waste plastic using the above apparatus, the waste plastic is vaporized by pyrolysis in the pyrolysis tank 2, and the obtained pyrolysis gas is led to the catalytic reaction tank 23 through the path 26, where boron-containing silicic acid is used. The catalyst reaction product obtained is brought into contact with the salt catalyst 28a and led to the condenser 25 through the reflux device 4, where the high-boiling components are condensed, recovered and removed through the recovery path 29, and the processed product which is the low-boiling components is removed. Recover through the recovery path 30.
[0025]
In the said processing apparatus, like the processing apparatus of 1st Embodiment shown in FIG. 1, the catalytic reaction efficiency can be improved and the processed material containing many olefins useful as a chemical raw material can be collect | recovered easily.
Furthermore, in the processing apparatus of this embodiment, the catalyst reaction tank 23 is provided outside the thermal decomposition tank 2 and the internal temperature can be arbitrarily set. Therefore, the temperature during the catalyst reaction in the catalyst reaction tank 23 Conditions can be set arbitrarily. For this reason, the catalytic reaction efficiency can be increased by optimizing the temperature conditions during the catalytic reaction.
[0026]
FIG. 3 shows a third embodiment of the waste plastic processing apparatus of the present invention. In the processing apparatus shown here, a granular boron-containing silicate catalyst 38a is externally provided in the catalyst reaction tank 33 by the circulation of pyrolysis gas. A fluidized bed system that flows in the cylinder 37 is employed.
A separation unit 34 for separating and recovering the catalyst 38a flowing out of the tank together with the catalyst reaction product passing through the catalyst reaction tank 33 is provided at the subsequent stage of the catalyst reaction tank 33, and the recovered catalyst 38a is passed through the path 35 to the catalyst reaction tank 33. Can be returned to.
[0027]
In order to process the waste plastic using the above-described processing apparatus, the waste plastic is vaporized by pyrolysis in the pyrolysis tank 2, and the obtained pyrolysis gas is led to the catalytic reaction tank 33 through the path 31, where boron is contained. Contact with the silicate catalyst 38a.
At this time, the boron-containing silicate catalyst 38 a is brought into contact with the pyrolysis gas while flowing in the outer cylinder 37 by the pyrolysis gas introduced into the catalyst reaction tank 33 and flowing in the outer cylinder 37.
Next, the catalytic reaction product that has passed through the catalytic reaction tank 33 is led to the condenser 25 through the reflux device 4, where the high-boiling components are condensed and recovered and removed through the recovery path 29 to recover the processed material that is the low-boiling components. Collect through path 30.
At this time, the catalyst 38 a that has flowed out of the catalyst reaction tank 33 together with the catalyst reaction product is recovered by the separation unit 34 and returned to the catalyst reaction tank 33 through the path 35.
[0028]
In the said processing apparatus, like the processing apparatus of 1st Embodiment shown in FIG. 1, the catalytic reaction efficiency can be improved and the processed material containing many olefins useful as a chemical raw material can be collect | recovered easily.
Furthermore, in the processing apparatus of this embodiment, since the fluidized bed system is adopted for the catalyst reaction tank 33, the granular catalyst 38a can be brought into contact with the pyrolysis gas while flowing in the outer cylinder 37. Therefore, almost the entire surface of the catalyst 38a can be brought into contact with the pyrolysis gas. Therefore, the contact efficiency between the pyrolysis gas and the catalyst 38a can be increased, and the catalytic reaction efficiency can be improved.
[0029]
【Example】
Hereinafter, specific examples will be shown to clarify the effects of the present invention.
(Test Examples 1-5, 7-9)
The following processing test was performed using the processing apparatus shown in FIG. As the boron-containing silicate catalyst 8a, an H-type boronated silicate (Si / Ga = 71) formed into granules having an average particle diameter of 0.8 mm was used.
Low density polyethylene (LDPE) or polypropylene (PP) is introduced into the pyrolysis tank 2 through the raw material supply unit 1, and is heated and pyrolyzed using the heater 2a. The generated pyrolysis gas has a W / F of 6 It was made to contact with the boron containing silicate catalyst 8a in the catalyst reaction tank 3 so that it might become -15g catalyst * min / g pyrolysis gas.
The catalytic reaction product that passed through the catalytic reaction tank 3 was recovered through the recovery path 24 via the reflux unit 4, the first and second capacitors 5, 6, and the components of the recovered product were analyzed.
The results are shown in Tables 1-3.
[0030]
(Test Examples 6 and 10)
A treatment test was conducted according to Test Example 1 except that the boron-containing silicate catalyst 8a was not used.
A result is combined with Tables 1-3 and shown.
[0031]
(Comparative Examples 1 and 2)
Table 3 also shows the component analysis results of the decomposition product obtained by thermally decomposing polyethylene without using a catalyst.
[0032]
[Table 1]

[0033]
[Table 2]

[0034]
[Table 3]

[0035]
From Tables 1 to 3, it can be seen that when the boron-containing silicate catalyst 8a is used, the olefin recovery rate can be increased even though the treatment temperature is lower than when the boron-containing silicate catalyst 8a is not used.
[0036]
【The invention's effect】
In the waste plastic treatment method of the present invention, since the pyrolysis gas obtained by vaporizing the waste plastic by pyrolysis is brought into contact with the boron-containing silicate catalyst, the pyrolysis gas is olefin by the catalytic action of the boron-containing silicate catalyst. Turn into.
For this reason, the processed material containing many olefins useful as chemical raw materials, such as a plastic raw material, can be collect | recovered, without passing through a complicated refinement | purification process.
Accordingly, the processing steps can be simplified and the processing cost can be reduced.
Moreover, since the treatment at a relatively low temperature is possible, the heating cost can be kept low.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a processing apparatus used for carrying out a first embodiment of a waste plastic processing method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a processing apparatus suitably used for carrying out a second embodiment of the waste plastic processing method of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a processing apparatus suitably used for carrying out a third embodiment of the waste plastic processing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 ... Pyrolysis tank 3, 3, 33 ... Catalytic reaction tank, 8a, 28a, 38a ... Boron-containing silicate catalyst

Claims

The pyrolysis gas obtained by vaporizing the waste plastic by pyrolysis is brought into contact with the boron-containing silicate catalyst, and the catalytic reaction product is recovered.
The waste plastic treatment characterized in that the boron-containing silicate catalyst is obtained by converting xM ^I ₂ O.yB ₂ O ₃ .zSiO ₂ .nH ₂ O (M: Na or K) into H-type by proton substitution. Method.

A thermal decomposition tank (2) for thermally decomposing and vaporizing waste plastic, and a catalytic reaction tank (3) for bringing the pyrolysis gas vaporized in the thermal decomposition tank into contact with the boron-containing silicate catalyst (8a),
The waste plastic treatment characterized in that the boron-containing silicate catalyst is obtained by converting xM ^I ₂ O.yB ₂ O ₃ .zSiO ₂ .nH ₂ O (M: Na or K) into proton type by proton substitution. apparatus.

The waste plastic processing apparatus according to claim 2, wherein the catalytic reaction tank (3) is provided in a thermal decomposition tank.

The waste plastic processing apparatus according to claim 2, wherein the catalytic reaction tank (23) is provided outside the pyrolysis tank, and the internal temperature can be arbitrarily set.

The waste plastic treatment according to any one of claims 2 to 4, wherein the catalyst reaction vessel (33) is configured such that the boron-containing silicate catalyst (38a) flows by a pyrolysis gas. apparatus.