JP4799072B2 - 熱分解油化装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチックなどの廃棄物の再資源化を図った熱分解油化装置に関する。

従来、この種油化装置ではバッチ式及び連続運転式を問わず廃プラスチックやタイヤなどを熱分解釜にて加熱溶融し、熱分解により生じた分解ガスを冷却凝縮することで分解油を生成するようにしている。しかるに、分解油を効率よく回収する手段の一つとして、分解ガスを効率よく冷却凝縮することである。そこで、例えば凝縮器として熱分解ガスが通過する管に多管式スパイラル管を採用し、その周りの冷却水と接触する所謂熱交換面積を大きくするとともに、そのスパイラル管の入口側に多孔板を設けてガスが均一に導入されるようにした提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１８２９６１号公報

上記構成によれば、確かに凝縮器単体の冷却性能が向上し効率のよい油化生成が期待できる。しかしながら、冷却性能は凝縮器の単一構成体によって固定的に決定され、更なる性能の向上とか、油化プラントの規模に応じた性能を得るべき調整は不可であり、結局は別途開発した夫々に適った凝縮器と取り替えるか、不満な現状のまま使用するかの制約を受け、また当然その都度取り替えていたのでは大幅なコストアップや面倒な取替え作業を要するなど、汎用性に欠けるなどの問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決するため、凝縮器として冷却性能の可変調整が容易にできるとともに、簡易な構成にて組立性にも優れコスト的にも有利な熱分解油化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の熱分解油化装置は、廃プラスチックなどを熱分解する熱分解釜を加熱炉にて加熱し、発生する熱分解ガスを凝縮器を介して冷却液化して分解油を生成するものにおいて、前記凝縮器は、ガス通気手段及び分解油排出手段を具備してなる筒状容器の単位ユニットを複数連結するとともに、該ユニットの外周囲にガス冷却手段を備えた構成としたことを主たる特徴とするものである。

上記手段によれば、熱分解油化装置のプラント規模に応じた凝縮器を容易に提供できるとともに、使用途中において凝縮器の性能を変更するにも容易で、固定的な専用凝縮器を用いる場合に比して大幅なコストダウンも期待できる熱分解油化装置を提供できる。

以下、本発明の一実施例を示す図１及び図２を参照して説明する。
そのうち、図１は図中の矢視方向で示す油化生成フローも兼ねた熱分解油化装置の全体構成を示すもので、廃プラスチックなどを熱分解する熱分解釜１は、詳細は略すが加熱炉２内に出し入れ可能に収容され、下方の加熱源である複数箇所に設けられたオイルバーナー３及びガスバーナー４により加熱される。この熱分解釜１は、内底部近傍には回転可能な撹拌体５を備え、外方上部に配設されたモータ６にて駆動される。また、熱分解釜１の外底部は内方に窪ませた凹状部１ａを形成していて、伝熱的に有効な面積拡大を図った構成としている。

しかるに、本実施例に示す油化装置としては、前記熱分解釜１内に供給された原料たる例えば廃プラスチックを加熱溶融してガス化する所謂乾留を行ない、その加熱分解にて生じた分解ガスを冷却凝縮して液化することにより分解油を生成する所謂１次油化生成ライン（後述する破線矢印Ａ１で示す）と、途中から分解ガス等の流れは変わるが実質的に同様の過程を経る２次油化生成ライン（同、破線矢印Ａ２で示す）を備えている。以下、詳述すると、熱分解釜１の上部から導出された分解ガス（破線矢印Ａ０方向の流れ）は、改質タンク７に流入する。この改質タンク７は、詳細は省略するが内部に触媒が装填され、これに分解ガスを接触反応させて例えば炭素数を小さくしたり臭いなどの不純物を除去して良質なものに改質する機能を有する。

この改質タンク７で改質された後の分解ガスが、上記１次，２油化生成ラインの夫々に分流することになる。すなわち、後述する運転制御に応答して開閉動作する第１，第２の開閉弁８，９のいずれかを通して破線矢印Ａ１と同Ａ２で示す方向に分岐した別ルートを辿り、凝縮器を構成する筒状容器からなる１次単位ユニット１０または２次単位ユニット１１に夫々導入可能な構成としている。しかるに、凝縮器におけるガス冷却手段として機能する各冷却ジャケット１２，１３は、各単位ユニット１０，１１に外装され、例えばクーリングタワー１４を利用して冷却媒体が夫々矢印Ｂ１，Ｂ２方向に循環する冷却システムを採用している。尚、この単位ユニット１０，１１は、着脱可能に一体的に隣接して連結された形態をなしているが、その具体構成は別途説明する。

しかして、この凝縮器において分解ガスが冷却凝縮され油成分が液化されて生成された分解油は、１次側では実線矢印Ａ１方向に収集されて、１次油流通管路１５を流下し１次油水分離装置１６を経て１次油回収タンク１７に貯留される構成としている。一方、２次側でも上記同様の過程を経て生成された分解油は、実線矢印Ａ２方向に流れ２次油流通管路１８を流下し２次油水分離装置１９を経て２次油回収タンク２０に貯留される構成としている。
尚、図中に示す破線矢印Ａはガスの流れを示し、実線矢印Ａは油の流れを示している。

しかるに、上記各単位ユニット１０，１１において一部の低分子ガスなどは油化されず、この所謂未分解ガスは各ユニット１０，１１内を破線矢印Ａ１及び同Ａ２方向に流れ、そして共通のガス流通管路２１を経てガス洗浄タンク２２に流入する構成としている。
このガス洗浄タンク２２は、未分解ガス中に含まれる有害な成分を除去するもので、その使用形態では内部に液体Ｗとして例えば水道水が所定水位まで供給され、その液体Ｗの水層上部に若干の空間層Ｓが必ず形成されるようにしている。このようなガス洗浄タンク２２に対し、前記各単位ユニット１０，１１から導出されたガス流通管路２１の先端は、その液体Ｗ中に開口している。

これに対し、空間層Ｓの上部には排出側のガス流通管路２３が連通接続され、その他端である先端は前記ガスバーナー４のガス圧力調整タンク２４に接続されており、以ってガス洗浄タンク２２を経た分解ガスを加熱炉２に送る送ガス手段を構成している。尚、上記ガス圧力調整タンク２４は、ガス圧を検知してその圧力に応じたガス量を加熱炉２内に放出しガス燃焼による火力等を安定化する制御を行なう。

ここで、前記した凝縮器の具体構成につき図２を参照して説明する。この図２は、１次，２次単位ユニット１０，１１を分解した状態の構成を概略的に示す拡大断面図で、凝縮器の全体形状としては横長の円筒形状をなし、本実施例では２個の単位ユニット１０及び１１を筒状方向に着脱可能に連結して隣接した配置構成としている。しかるに、１次単位ユニット１０と２次単位ユニット１１は対称的な配置構成にあるものの実質的には同一構成としており、従って以下説明を簡略するため１次側の単位ユニット１０の構成につき説明する。

すなわち、単位ユニット１０は、本実施例では横長の円筒状容器をなすタンク２５を基本的構成としていて、両端部の端板２６と、内部を仕切り横方向に３分割すべく２箇所に設けた隔壁２７とを備え、内部に３箇所の分室２５ａ，２５ｂ、２５ｃを形成している。しかるに、単位ユニット１０の分解油排出手段としては前記１次油流通管路１５に相当するが、上記各分室２５ａ，２５ｂ，２５ｃ毎にも該油流通管路１５に合流する油排出路１５ａ，１５ｂ，１５ｃを夫々の底部から導出して同排出手段を構成していて、所謂単位ユニット１０の分解油排出手段としては、少なくとも各分室２５ａ，２５ｂ，２５ｃから分解油を取り出すことができることにある。

一方、単位ユニット１０のガス排出手段としては前記ガス流通管路２１（図１参照）に相当するが、該ガス流通管路２１に対し、最も下流側の分室２５ｃからのみガス排出路２１ａ（後述する２次側ではガス排出路２１ｂ）が導出されて連通接続され、同排出手段を構成している。この分解ガスの流れは、タンク２５内において、各分室２５ａ，２５ｂ，２５ｃを形成する２箇所の隔壁２７は、上部にガス通気手段として円形のガス通気路２７ａを備え、上流側の分室２５ａから下流の分室２５ｃまで破線矢印Ａ１方向に流通可能な構成にあるからである。また、最も上流側の分室２５ａには、前記第１の開閉弁８を経たガス流通管路２８が接続され、以って該単位ユニット１０は、分解ガスが流出入する構成としている。

このように、凝縮器として１次単位ユニット１０の構成に対し、２次側も対称配置であるが実質的に同様の構成としていて、以下簡略的に述べると、円筒筒状のタンク２９と、両端部の端板３０と、ガス通気路３１ａを有する２箇所の隔壁３１と、３分割された分室２９ａ，２９ｂ，２９ｃとを備え、前記２次油流通管路１８に合流する油排出路１８ａ，１８ｂ，１８ｃと、最も上流側の分室２９ａには前記第２の開閉弁９を経た分解ガスを導入するガス流通管路３２が接続されている。

そして、この１次，２次単位ユニット１０，１１は、本実施例では筒状容器のタンク２５，２９の両端部に一体的に形成されたフランジ部３３ａ，３３ｂ及び３４ａ，３４ｂを有し、そのうちの下流側端部の各フランジ部３３ｂと３４ｂとを突き合わせて、これをボルト・ナット等の締結具３５にて着脱可能に連結する。しかるに、前記ガス冷却手段として機能する各冷却ジャケット１２，１３は、夫々上記単位ユニット１０，１１の大きさに合わせてその外周囲に巻装され、斯かる凝縮器の全体形状も横方向に延びた中空円筒状をなしている。

尚、図示では冷却ジャケット１２，１３やフランジ部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂはタンク２５，２９と一体的な図示構成としているが、当然これらは別部材として組立構成としてもよいことはもとより、特にフランジ部３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂについては、各端板２６，３０と一体化してタンク２５，２９の組立構成を兼ねた構成としても構わない。

次に、上記構成の熱分解油化装置の作用について説明する。
まず、原料として破砕された廃プラスチックが投入された熱分解釜１が加熱炉２内に収容保持され、オイルバーナー３及びガスバーナー４に点火されて運転が開始される。すなわち、廃プラスチックが加熱溶融されガス化する所謂乾留を行なう熱分解運転が開始される。しかるに、モータ６の駆動による撹拌体５の回転動作は、廃プラスチックを撹拌混合し均一に加熱溶融して熱分解を効率よく行なう。

この熱分解運転では、本実施例では図示しない制御手段に基づき１次熱分解として、例えば４００度Ｃまでの温度制御に基づく加熱分解が実行され、発生した熱分解ガスは熱分解釜１の上部に連通した流通管路を破線矢印Ａ０方向に流れる。そして、該分解ガスは改質タンク７に導入され、ここで内部に装填された触媒と接触反応して炭素数を小さくしたり臭いなどの不要な成分を除去して良質なものに改質される。

しかるに、改質後の分解ガスは、この１次熱分解では第１の開閉弁８が開放し、他方の第２の開閉弁９は閉塞するよう制御されるため破線矢印Ａ１方向にガス流通管路２８を流れ、凝縮器として機能する１次単位ユニット１０側に導かれる。この単位ユニット１０では、分解ガスが冷却ジャケット１２で囲まれたタンク２５内を流通する間に冷却され凝縮する。すなわち、ガス通気路２７ａを流通しながら各分室２５ａ，２５ｂ，２５ｃに流入し、そして流出する間に効果的に冷却され油成分が液化されて分解油が生成される。この分解油は、各分室２５ａ，２５ｂ，２５ｃ単位に収集され、夫々油排出路１５ａ，１５ｂ，１５ｃを経て１次油流通管路１５を流下して１次油水分離装置１６に至り、ここで良質な分解油として１次油回収タンク１７に貯留され、例えば燃料等の再資源として有効活用が図れる。

これに対し、この１次単位ユニット１０で油化できなかった低分子のガスは、そのまま1次単位ユニット１０を通り抜け、従って図１に示すように下流側の分室２５ｃからガス排出路２１ａを経て流出し、ガス流通管路２１を経てガス洗浄タンク２２に導入される。このガス流通管路２１の開口端部は、ガス洗浄タンク２２の液体Ｗ中に開口しているため、ガスが水中を潜り上部の空間層Ｓに抜ける間に水との接触が十分に行なわれる。この結果、該ガス中に含まれる不純物の少なくとも塩素分は水に溶解して除去され、所謂ガス洗浄動作が行なわれる。そして、洗浄後のガスは破線矢印Ａ１で示すように本実施例ではガス流通管路２３を経てガスバーナー４の燃料として送り込むべき、ガス圧力調整タンク２４に送り込まれ、所謂ガス送手段を経て加熱炉２にて燃焼に寄与するようにしている。

しかして、１次熱分解として４００度Ｃの温度制御に基づく油化処理を主体とした運転を終了すると、制御手段は続いて例えば８００度Ｃまで昇温した温度制御に基づきほぼ同様過程の２次熱分解運転を実行する。この４００〜８００度Ｃの高温度制御に基づく運転は、新たな原料の供給がないまま行なわれる。因みに、このとき熱分解釜１内には、１次熱分解運転で未分解の例えば高沸点の分解不可能物などが塊状の残渣として滞留している。従って、この２次熱分解運転では上記残渣に対し、更に高温加熱による熱分解が継続して実行されることになる。

斯くして、この高温度による熱分解により新たに熱分解ガスが発生する。このガスは、上記と同様に破線矢印Ａ０方向に流れ改質タンク７を経て改質された後、ここでは第２の開閉弁９のみが開放制御されることに基づき破線矢印Ａ２で示すガス流通管路３２側に流れる。以降、上記と同様の過程及び作用を伴う油化処理が進められる。以下概述すると、分解ガスは凝縮器たる冷却ジャケット１３を備えた２次単位ユニット１１を経て分解油が生成され、該分解油は各分室２９ａ，２９ｂ，２９ｃの底部から実線矢印Ａ２で示すように２次油流通管路１８を流下し、２次油水分離装置１９を経て２次油回収タンク２０に流入し貯留される。

しかるに、前記矢印Ａ1で示した１次油化生成ラインでは、４００度Ｃまでの油化処理に基づき良質油が生成されるに対し、矢印Ａ２で示す２次油化生成ラインでは高温度（４００〜８００度Ｃ）の熱分解よる炭素成分が多い炭化油が主として生成貯留される。従って、この炭化油は一般の燃料としては不適切なため、例えば原料たる廃プラスチックとともに熱分解釜１中に投入し、廃プラスチックの熱分解を促進すべく活用される。尚、高温度による熱分解により、熱分解釜１内における残渣は油分が大幅に除去されて炭化された所謂粉末状をなす状態に至る。

一方、上記２次単位ユニット１１で油化されなかった未分解ガスは、下流側の分室２９ｃからガス排出路２１ｂ及びガス流通管路２１を経てガス洗浄タンク２２内に導入され、液体Ｗの水中に放出される。以降は上記したと同様に、ガスが水中から上部の空間層Ｓに抜ける間に塩素分を溶解して除去することでガスの洗浄動作が行なわれ、また洗浄後の未分解ガスは、破線矢印Ａ２方向に送ガス手段を構成するガス流通管路２３及びガス圧力調整タンク２４を経て、随時ガスバーナー４から放出され燃焼される。

以上説明したように、本実施例によれば次の効果を有する。
廃プラスチックなどを熱分解して生じた分解ガスを、冷却凝縮して油化処理する熱分解油化装置にあって、凝縮器としての冷却ジャケット１２，１３を外装した１次，２次単位ユニット１０，１１の夫々を経て未だ油化できなかった未分解ガスに対して、少なくとも有害な要因となる塩素分をガス洗浄タンク２２にて除去するようにした。従って、有害な成分を除去されたガスは、ガスバーナー４に供給され加熱炉２内で完全燃焼され、併せて熱分解釜１の加熱作用に寄与することが可能で、その場合、一般的な燃焼ガス以外にダイオキシンなどの有害なガス成分が発生することなく処理され、所謂環境に優しい未分解ガスの処理が実行される。

しかるに、上記凝縮器の構成として本実施例では２個の単位ユニット１０，１１を、その端部におけるフランジ部３３ｂ，３４ｂを互いに突き合わせるようにして締結具３５により連結した構成とし、その外周囲に夫々に対応した冷却ジャケット１２，１３を被着した構成としている。従って、例えば上記実施例に対し更に３次油化生成ラインを設ける場合の如き、例えば３段階の温度制御に基づく加熱分解を実行する場合、実質的に同一構成の単位ユニット１０若しくは１１をフランジ部を利用して連結することで容易に増結できる。以って、油化プラントの大きさや、途中凝縮器として性能変更にも容易に対処でき、常に固定的な専用の凝縮器をその都度製作して対処する場合に比して製作コストの低減や時間的ロスの低減が期待できる。

しかも、各単位ユニット１０，１１をボルト・ナット等の締結具３５を用いて着脱可能に連結する構成なので、破損を伴うことなく分解組立ができ修理なども容易にできる。更には、筒状方向に延び連結されてなる凝縮器は、１次，２次単位ユニット１０，１１を夫々単独配置する構成に比して一体的にコンパクトに配設でき、加えてクーリングタワー１４の配管も含む各種配管構成が簡素化でき、設置スペースも小さくできる点でも有利である。

尚、本発明は上記し且つ図面に示した実施例に限定されず、例えば１次、２次油化生成ラインを有する構成に限らないことはもとより、凝縮器は一つの分解ガスの流れを同時に二つの単位ユニットに流れるように接続して、特に高温度の熱分解とか、或は冷却性能の向上に対処する場合など容易に転用できる。また、筒状容器からなる単位ユニットは上記した３分室を有するタンク構成に限らず、最小単位の１つの室からなる単位ユニット構成としてもよく、この場合、凝縮器の求める性能に応じて適宜連結することで対処可能である。要は、ガス通気手段及び分解油排出手段を有する単位ユニットの構成にあって、これを適宜連結できる構成であればよい。従って、単位ユニットの外周囲に施すガス冷却手段としての冷却ジャケットや、着脱可能に連結するフランジ部の形状など、実施に際して本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

本発明の一実施例を示す油化装置全体の構成図 凝縮器の構成を概略的に分解して示す拡大断面図

符号の説明

図中、１は熱分解釜、２は加熱炉、７は改質タンク、１０，１１は１次，２次単位ユニット、１２，１３は冷却ジャケット、１４はクーリングタワー、１６，１９は１次，２次油水分離装置、１７，２０は１次，２次油回収タンク、２２はガス洗浄タンク、２４はガス圧力調整タンク、２５，２９はタンク、２７，３１は隔壁、２７ａ，３１ａはガス通気路（ガス通気手段）、３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂはフランジ部、及び３５は締結具を示す。

Claims (4)

1. 廃プラスチックを熱分解する熱分解釜を加熱炉にて加熱し、発生する熱分解ガスを凝縮器を介して冷却液化して分解油を生成するものにおいて、
   前記凝縮器は、ガス通気手段及び分解油排出手段を具備してなる筒状容器の単位ユニットを複数連結するとともに、該ユニットの外周囲にガス冷却手段を備えた構成とし、
   前記筒状容器は、軸方向が水平となるよう配置されており、前記軸方向と直交する少なくとも１つの隔壁により内部に複数の分室が形成され、
   前記ガス通気手段は、隣接する前記分室が連通するよう、前記少なくとも１つの隔壁に形成されたことを特徴とする熱分解油化装置。
2. 前記単位ユニットを、筒状のタンクから構成するとともに該タンクを軸方向に隣接して着脱可能に連結したことを特徴とする請求項１記載の熱分解油化装置。
3. 前記タンクは、内方上部に前記ガス通気手段を有し、前記タンク底部に前記分解油排出手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の熱分解油化装置。
4. 前記分解油排出手段は、前記各分室と連通する油排出路を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の熱分解油化装置。

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