JP5138113B1 - 熱分解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリエステル繊維製品、ポリエステル混紡製品、PETなどのポリエステル系樹脂を含む原料を無酸素雰囲気中で熱分解する事でCO2の発生を大幅に減少させると共に、熱分解処理時間が短く且つ熱分解に要するエネルギーコストが少ない小型熱分解装置を提供する。
【解決の手段】
底面ヒーター１の上部に右上部に排気口９を備えた外鍋２が設けられ、前記外鍋２の内側に熱分解原料４であるポリエステル製の制服を充填した内鍋３が設置され、前記制服の上部に上面ヒーター５が設けられ、その上部に外鍋２を密閉固定する外鍋用蓋６が設けられ、前記外鍋用蓋６の裏面に反射プレート７が設けられ、熱分解炉本体の左サイドには内鍋３と外鍋２の隙間に冷却用の水を供給するための給水装置８が設けられた構造となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ポリエステル繊維製品、ポリエステル混紡製品、PETなどのポリエステル系樹脂を含む原料を無酸素雰囲気中で熱分解する事でCO2の発生を大幅に減少させると共に、熱分解処理時間が短く且つ熱分解に要するエネルギーコストが少ない小型熱分解装置に関する。

ポリエステルはナイロンやアクリルと並んで大いなる発展を遂げた合成繊維である。３大合成繊維の中では最も遅く工業化されたが、抜群のコストパフォーマンスによって生産量が大幅に拡大し、現在では合成繊維生産量の半分以上を占めるまでに成長している。ちなみに２００８年の世界の合成繊維の生産量３６６９万トンの内ポリエステル繊維が３０６５万トンと約８４％を占めている。ポリエステルは多くの優れた物性を持つため、繊維以外のボトル用途においてもPETボトルとして大量に使用されている。

ポリエステル繊維製品やポリエステル混紡製品は警察や警備会社を始めとした多くの企業・団体で制服として用いられており、これらの制服は汚れや破損等が著しく、再利用出来なくなると焼却炉で焼却されている。
ポリエステル衣類１Kgを焼却すると約２．５Kg〜３．０KgのCO2が発生する 。年間１００万トンのポリエステル衣類を焼却処理すると、約２５０万トン〜３００万トンの大量のCO2を発生させることになり、地球温暖化防止の観点から焼却せずに熱分解処理することが期待されている。しかし、PETなどのポリエステル系樹脂は、熱分解 するとテレフタル酸や安息香酸などの昇華性の結晶物を生成し配管を閉塞するため、焼却炉でガスとして燃焼するしかないのが現状である。

テレフタル酸は無酸素雰囲気で３００℃前後の温度で昇華し、安息香酸は１００℃前後の温度で昇華する物質である。
即ち、テレフタル酸は無酸素雰囲気で３００℃以下になると気体から液体を経ずに一気に固体になり、安息香酸は１００℃以下になると同じく気体から液体を経ずに一気に固体になる性質を持つ物質である。

ポリエステル繊維製品やポリエステル混紡製品以外の分野でも、近年プラスチックの利用が増加するにつれ、廃棄されるプラスチックの量も膨大になり、埋立て処分場の不足、焼却によるCO2やダイオキシンなどの有害ガスの発生等、環境問題の一因になっている。この様な状況下であるにも関わらずポリエステル繊維製品やポリエステル混紡製品やPETボトル等が焼却処理されているのは、上記の様な理由から熱分解処理が技術的に難しく、その結果熱分解処理に要する費用が高いためである。

一方で資源の再利用の観点から、PET以外のプラスチック材料に関しては熱分解し油分を回収する試みが行われているが、PET樹脂との分別が難しいという問題がある。そのためPETを含有する廃プラスチック材料の油化を目的として、特許文献１ではPETを含有する廃プラスチック材料を熱分解させた後、発生するテレフタル酸を急冷し析出させる析出槽を設けることで、テレフタル酸が配管を閉塞するトラブルを回避し廃プラスチック材料から油を取り出す試みがされている。同様に非特許文献１ではPETとCaOを水蒸気雰囲気中で熱分解することで、テレフタル酸の生成を抑制し、PETを含む混合プラスチック材料から油及びベンゼンなどを取り出す試みをしている。特許文献１及び非特許文献１において、PETなどのポリエステル系の樹脂を熱分解させる際にテレフタル酸などの昇華性の結晶物を生成し配管を閉塞させるという問題が完全に解決されていないため、焼却炉でガスとして燃焼するしかないという現状を打破するには至っていない。

特開２００４−２５６６３６号公

材料とプロセス、２００８年、Vol．２１、NO．２

本発明は、ポリエステル繊維製品、ポリエステル混紡製品、PETなどのポリエステル系樹脂を含む熱分解材料を、従来の焼却方式と同等以下の処理コストで熱分解し且つ従来の焼却方式に対し９０％以上のCO2削減を図ることを目的とする。具体的には、１回当たりの熱分解処理時間を３時間以内と短縮化することで設備の小型化を図り且つ１Kgの熱分解処理に要する消費電力を０．５Kwh以下、即ち、処理に要する電気代を１０円/Kg以下とすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の基本構造は熱分解原料を熱分解する熱分解炉本体と、前記熱分解炉本体で発生した熱分解ガスを外部に排気する排気ファンを備えた排気装置と、前記熱分解炉本体と前記排気装置との間にあり、熱分解本体への外部空気の侵入を防ぎ且つ前記熱分解ガスを冷却し、且つ冷却した熱分解ガスを排気装置に導くための水封密閉装置を備え、前記水封密閉装置が水封タンクと、前記水封タンクに溜めた水の中に熱分解ガスを導く排ガス導入口と、水封タンク用の蓋を設け、前記熱分解炉本体が熱分解原料を入れる内鍋と、前記内鍋を入れる外鍋と、内鍋に入れた熱分解原料を上方から加熱する上面ヒーターを設けると共に、前記上面ヒーターとして輻射効率が５０％以上、好ましくは８０％以上の輻射効率に優れたヒーターを設ける構造としている。

無酸素雰囲気中で有機物を熱分解する手段として、加熱水蒸気を熱分解炉内部に注入し内部の空気を追い出すと共に熱分解原料を加熱する方式があるが、この方式では下記３つの問題がある。
１つ目は加熱水蒸気を発生させるために、別途高額な設備が必要となることである。２つ目は２２５３KJ/Kgという大きな潜熱を持つ加熱水蒸気を外部に放出することにより、膨大なエネルギーロスを発生させる事である。３つ目は水蒸気が充満する状態でポリエステル繊維製品やポリエステル混紡製品やPETなどのポリエステル系の樹脂を熱分解するとポリエステルが加水分解されるため、テレフタル酸がより多量に発生し配管を閉塞し易くなることである。

上記問題を解決するため本発明では、熱分解炉本体と排気装置の間に簡易な水封密閉装置を設け水封密閉装置に水封用の水を貯める構造とした。これにより 熱分解炉本体への外部空気の侵入が無くなるため、ほぼ無酸素雰囲気で熱分解原料を熱分解出来る。初期に装置内部に入っている空気に関しては、装置内部の無駄な空間を無くす省スペース化・小型化を図りその初期残存空気量を少なくすることにより、CO2の発生量を小さくすることが出来る。具体的に２００Kgのポリエステル製の制服を熱分解する小型熱分解装置の場合には、ポリエステル１Kg当たりのCO2発生量は僅か０．２Kg程度と大幅に減少される。

テレフタル酸や安息香酸などの昇華性の結晶物が生成して配管を閉塞するトラブルを解決するため、本発明では熱分解ガス温度をテレフタル酸が析出する温度である３００℃以上の高温状態のまま水中又は水面付近で急速に冷却する構造とした。これによりテレフタル酸や安息香酸が配管を閉塞するトラブルは発生しない。

熱分解に要するエネルギーを小さくする一つ目の対策として、本発明では内鍋と外鍋と蓋に関して厚さ１mm〜２mmの薄い金属板を使用する構造とした。これにより熱分解炉本体の熱容量が小さくなり、結果的に熱分解に要するエネルギーも小さく且つ熱分解に要する時間も短くなる。

熱分解に要するエネルギーを小さくする二つ目の対策として、本発明では外鍋の側面及び底面に熱容量が小さく且つ断熱性の良い断熱材を設けると共に、蓋にも同じく熱容量が小さく且つ断熱性の良い断熱材を設ける構造とした。これにより熱分解炉本体の熱容量が小さくなり、結果的に外部への放熱量が少なくなり 且つ熱分解に要する時間も短くなる。

但し上記の様に断熱性の良い断熱材で熱分解炉本体を囲む構造を取ると、熱分解処理後に５００℃〜６００℃程度に高温化している熱分解炉本体の冷却時間が非常に長くなるという新たな課題が発生する。高温状態のまま蓋を開けると炉内に侵入した酸素が炭化物などと反応し燃えだすというトラブルが発生するため、蓋を開けるには炉内を２００℃〜３００℃程度に冷却する必要がある。

上記の新たな課題を解決するため本発明では、内鍋と外鍋を用いるという２重鍋構造を採用すると共に、内鍋と外鍋の間に冷却用の水を供給するための給水装置を設ける構造とした。供給された水が内鍋及び外鍋から熱を奪い蒸発することにより冷却が僅か１０分〜２０分で可能になり、冷却時間を大幅に短縮することが可能となる。

熱分解に要する時間を短くする対策として、本発明では前記内鍋に入れた熱分解原料を上方から加熱する上面ヒーターと共に前記外鍋の底面又は底面及び側面を加熱するヒーターを設ける構造とした。
ポリエステル製の制服を鍋状の容器に入れ底面から強く加熱すると、底面付近のポリエステルがまず液体化される。液体化したポリエステルは熱伝達が急激に良くなるため液体化したポリエステルに浸った制服の加熱が促進されることになる。加熱促進されることで液体化したポリエステルの量が増え、制服への加熱がより促進されるという好循環で鍋状の容器に入れたポリエステル製の制服が短時間で液体化される。

この様な２重鍋構造で短時間処理を行った時の最大の問題点は、加熱されたポリエステルが約２６０℃程度で液体化すると共に底面からの加熱によりガス化が始まると、コールタールの様に粘度の高い泡が発生し内鍋の底部より上昇して、内鍋から溢れだし外鍋にこぼれ出すことである。これは味噌汁を鍋で沸騰させると泡が鍋から溢れだすのと同じ現象である。この様な内鍋からの溢れだしトラブルを解決するためには、底部からの加熱を弱めゆっくり時間をかけてガス化する方法が考えられるがこの方法では短時間処理が出来ない。短時間処理が出来ないと１日当たりの処理量が少なくなると共に高温状態が長く続くため、熱分解炉本体から外部に放出される熱エネルギーが増大し処理コストが大きくなるという致命的な欠点を持つことになる。

上記の問題を解決するため、本発明では上面ヒーターとして輻射効率が５０％以上好ましくは８０％以上の輻射効率に優れたヒーターを設ける構造とした。

図１はポリエステルのTG−DTAグラフ、図２はポリエステルのSC―DSC グラフ、表１はポリエステルの吸熱データ、表２は発熱データである。図１によると、ポリエステルを加熱していくと、２４５．２℃前後で液体化（吸熱反応）が始まり、更に加熱していくと３６０℃程度から熱分解により重量が減少し始め、５００℃になるとほぼ熱分解は完了し、約１６．５％程度のポリエステルが炭（Ｃ）となり、残りの８３．５％が熱分解ガスとなる。この加熱工程の中では、４１３．８℃前後で発熱反応を開始する。

図２は上記吸熱反応及び発熱反応の詳細温度を測定したグラフで、図２によると液体化（吸熱反応）が２２５．１℃〜２４７．５℃で始まり、３００℃前には終了している。更に、発熱反応が３７０．６℃〜４０９．９℃で始まり５００℃を超える温度まで続いていることが解る。

表１、表２は上記吸熱反応及び発熱反応の具体的熱量を測定した表である。表１から吸熱反応の熱量が約−６１Kj/Kgで、表２から発熱反応の熱量が２１７Kj/Kg〜２８５Kj/Kgということが解る。ここで発熱反応の熱量を２１７Kj/Kgとして、この熱量により発生するポリエステルの上昇温度を計算してみると、ΔT＝２１７Kj/Kg÷１．０２Kj/Kg/K＝２１３degとなり、ポリエステルを４００℃まで加熱すると自己発熱により５００℃以上に一気に温度上昇させることが出来るということを示している。

以上のことから、約３００℃程度のポリエステル液体からなる泡を上昇途中で４００℃まで瞬間的に加熱出来れば、上昇してきた泡は５００℃まで温度上昇し、１６．５％は炭となり内鍋の底に落ちて行き、残りの８３．５％がガスとなり熱分解炉本体の排気口から次工程である水封密閉装置に進むことになり、結果的に内鍋からの溢れだしトラブルは解決出来る。

この時、上面ヒーターとして一般的なシーズヒーターなどを使用すると、輻射率が１０％程度と小さいため、上昇してくるポリエステル液体からなる泡を加熱する輻射エネルギー強度が不足して泡の上昇を防ぎきれず、泡が内鍋から溢れだすというトラブルを解決出来ない。この様なトラブルを解決するため 本発明では上面ヒーターを輻射率が５０％以上好ましくは８０％以上の輻射効率の良いヒーターを用いる構造とした。

更に好ましい解決策として、本発明では前記上面ヒーターの上方に上面ヒーターから上方に放射される輻射エネルギーを効率良く反射させる目的のために輻射効率が５０％以上好ましくは８０％以上の輻射効率に優れた反射プレートを設ける構造とした。これにより上昇してくるポリエステル液体からなる泡を加熱する輻射エネルギー強度が更に強まり、結果的に底面をより強く加熱しても泡が内鍋から溢れだすというトラブルを解決出来るため、より短時間処理が可能となる。

水封密閉装置において析出したテレフタル酸を水から容易に分離するため、本発明では排ガス導入口の内部に熱分解ガスの拡散を防止するための絞り管を設ける構造とした。これによりテレフタル酸の拡散が抑えられ、結果的に大きな塊として析出し易くなる。

水封密閉装置において、水中で析出しなかった安息香酸が水封タンクの排気口周辺や、更には排気装置内で付着するのを防ぐため、本発明では排ガス導入口の側面又は上面に複数のスリット又はパンチ穴を設けた構造とした。上記の様な構造を取ることにより、熱分解ガスは必ずスリット部又はパンチ穴部を通過する。この時のスリット幅又はパンチ穴径は出来るだけ細い方が良いが、小さ過ぎると析出物によりスリットが詰まるというトラブルが発生するため具体的には１mm〜２mm程度にするのが好ましい。これにより水中を気泡となって進む熱分解ガスの気泡の大きさが小さくなり、結果的に冷却され易くなりほとんど全ての安息香酸が水中で析出することになる。

水封密閉装置において、中に析出した析出物の回収を容易にするため本発明では、前記水封タンクの下部に昇降装置を設ける構造とした。昇降装置１８の上に水封タンク１４が載置されているので、昇降装置１８を下げることで水封タンク１４は排ガス導入口１５よりも下方に下がり、この水封タンク１４内の水中に析出している析出物を回収する。

熱分解時に発生した一酸化炭素などを酸化分解するため、本発明では、前記排気装置を出た後の熱分解ガスを加熱するため、熱交換器本体と前記熱交換器本体を加熱するヒーターからなる加熱装置を設け、前記加熱装置の後に一酸化炭素などを酸化分解する触媒を設ける構造とした。これにより熱分解の際に発生する一酸化炭素の濃度を低く することが可能となる。又、この触媒によりアセトアルデヒドの様な悪臭成分も酸化分解することが可能となる。

上記加熱装置の構造として、本発明では熱交換器本体として円筒状の金属部材の直線方向に熱分解ガスが通過するための多数の穴を備えた熱交換器本体を設けると共に、前記熱交換器本体の円周方向外側に加熱用のヒーターを密接させた構造とした。この時、熱交換器本体をアルミや銅の様に熱伝導率に優れた材質にすることでヒーターからの熱エネルギーを熱分解ガスに効率良く伝えることが可能となる。

本発明により、ポリエステル繊維製品やポリエステル混紡製品やPETなどのポリエステル系樹脂を含む熱分解原料を、従来の焼却方式と同等以下の処理コストで熱分解し且つ従来の焼却方式に対し９０％以上のCO2削減を図ることが可能となる。
具体的には、１回当たりの熱分解処理時間を３時間以内と短縮化することで 設備の小型化を図り且つ１Kgの熱分解処理量に要する消費電力を０．５Kwh以下、即ち、処理に要する電気代を１０円/Kg以下とすることが可能となる。
１回当たりの熱分解処理時間を３時間以内と短縮化出来ると、１回当たりの処理量が少なくても１日に３回程度の処理をすることで、１日当たりの処理量をカバーすることが出来ると共に、１日３回の処理を行うと２回目・３回目の処理に於いては、前回の余熱を再利用出来るためますます処理コストを削減出来る。又、熱分解処理で発生した炭は、高機能炭などの製品として活用することで再資源化出来る。

尚、本発明はポリエステル系樹脂以外のプラスチック材料の熱分解時に、液体化したプラスチック材料が内鍋から溢れだすというトラブルを防止し且つ短時間処理出来る機能を持つため、ビニール袋などに保管した生ごみやプラスチックトレイなどの熱分解処理装置としてや注射針の付いた注射器の様な医療廃棄物の熱分解処理装置としても活用が期待出来る。

ポリエステルのTG−DTAグラフ ポリエステルのSC―DSCグラフ 熱分解炉本体の正面図 水封密閉装置の作用を説明した正面図 水封密閉装置の正面図 別実施例に係る水封密閉装置の正面図 排気装置の正面図 (a)熱交換器の正面図(b)熱交換器の平面図

以下に、本発明の好適実施例を添付図面に基づいて説明する。
図３は本発明に係る熱分解炉本体の正面図（断面）で、この図３を使用して熱分解炉本体の構造及びポリエステルの熱分解・炭化のメカニズムを説明する。

図３で示す様に、底面ヒーター１の上部に右上部に排気口９を備えた外鍋２が設けられ、前記外鍋２の内側に熱分解原料４であるポリエステル製の制服を充填した内鍋３が設置され、前記制服の上部に上面ヒーター５が設けられ、その上部に外鍋２を密閉固定する外鍋用蓋６が設けられ、前記外鍋用蓋６の裏面に反射プレート７が設けられ、熱分解炉本体の左サイドには内鍋３と外鍋２の隙間に冷却用の水を供給するための給水装置８が設けられた構造となっている。

底面ヒーター１としてはカンタルヒーターを使用し、電気容量は１８Kwである。上面ヒーター５としては輻射効率に優れたハイレックスヒーターを使用し、電気容量は２４Kwである。このハイレックスヒーターは表面に輻射効率の高い材料を焼き付けているので輻射効率は約８０％となる。
反射プレート７の材質はステンレスで、表面に輻射効率の高い材料を焼き付けているので輻射効率は約８０％となる。
内鍋３の材質は銅又はステンレスとし、板厚は熱容量を小さくするため１．０mmと薄くし、内鍋３の寸法はポリエステル制服２００Kgを充填する大きさとして内径１０００mm×高さ１１００mmとしている。外鍋２の材質は熱伝導性を考慮して銅とし、板厚は 熱容量を小さくしつつ強度を保つため２．０mmとしている。
勿論、外鍋の側面及び底面に熱容量が小さく且つ断熱性の良い断熱材１０を設けると共に、蓋にも同じく熱容量が小さく且つ断熱性の良い断熱材１１を設けている。

次に、ポリエステルの熱分解のメカニズムを説明する。
底面ヒーター１及び上面ヒーター５で加熱を開始すると、底面ヒーター１の熱エネルギーは外鍋２の底面を通じて、内鍋３の底面に伝えられ、最終的には熱分解原料４であるポリエステル製の制服に伝えられる。又、上面ヒーター５の輻射エネルギーは直接ポリエステル製の制服に伝えられる。温度が上昇しポリエステルが２６０℃程度になるとポリエステルの液体化工程が始まる。更に加熱を進めると内鍋３に充填したポリエステルは全て液体化され、ポリエステルの液体化工程は終了し、液体化したポリエステルは内鍋３の底に溜まる。

ポリエステルの液体化工程が終了し、外鍋２の底面温度をポリエステル液体が熱分解する４００℃以上の温度に加熱すると、内鍋３の底部に於いてポリエステル液体のガス化工程が始まり気泡が発生し始める。これは鍋に入れた水を１００℃以上に加熱すると鍋の底で気泡が発生し沸騰する現象と同じ現象である。但し、水の沸騰と違う点は、水はさらさらした液体であるのに対し、ポリエステル液体はコールタールの様に粘度が高いので、発生した気泡は潰れ難く内鍋の底部より上昇して内鍋３の外に溢れだそうとする。これは味噌汁を鍋で沸騰させると泡が鍋から溢れだすのと同じ現象である。

この時、上面ヒーターとして輻射効率が８０％のハイレックスヒーターを使用し、更にその容量を２４Kwと大きくしておくと、内鍋３の底部から上昇してくるポリエステル液体からなる泡を輻射エネルギーで瞬間的に４００℃以上に加熱出来るため内鍋３の外に溢れだすこともなく熱分解出来る。
更に、輻射効率が８０％の反射プレート７を設けていると前記ハイレックスヒーターから上方に放射される輻射エネルギーを効率良く反射し、ポリエステル液体からなる泡を加熱する輻射エネルギー強度を強めることが出来る。

次に、上記の様な構造及び熱分解のメカニズムで、具体的な目標数値である１回当たりの熱分解処理時間を３時間以内且つ１Kgの熱分解処理に要する消費電力を０．５Kwh以下、即ち処理に要する電気代１０円/Kg以下が達成出来るのかについての理論的検討結果を説明する。

まず消費電力目標である０．５Kwh/Kgの実現性の理論的検討結果を下記する。
（1）２００Kgのポリエステルを５００℃の高温ガスにするまでに必要な「必要エネルギー量」を求めると、Ｆ1＝２００Kg×（５００℃−２５℃）×１．０２Kj/Kg/K＝９８９４０Kjとなる。
（2）２００Kgのポリエステルを液体化する際に必要な「吸熱エネルギー量」を求めると、表１の結果よりＦ2＝２００Kg×６１Kj/Kg＝１２２００Kjとなる。
（3）２００Kgのポリエステル液体をガス化する際に発生する「発熱エネルギー量」を求めると、表１の結果よりＦ3＝２００Kg×２１７Kj/Kg＝４３４００Kjとなる。
（1）、（2）、（3）の値を考慮して、ポリエステルを５００℃の高温ガスにするまでに必要な「必要エネルギー量」を求めると、F＝F1＋F２−F3＝６７７４０Kjとなる。
次に、消費電量目標の０．５Kwh/Kgを投入した場合の「投入エネルギー量」を求めると、F4＝２００Kg×０．５Kwh/Kg×３６００秒/h＝３６００００Kjとなる。
以上の結果より「必要エネルギー量」と「投入エネルギー量」の比率を求めると、F÷F4＝１８．８％という低い値になる。即ち、熱分解炉本体の熱容量や熱分解炉本体からの放熱量を無視すると、必要となる消費電力は僅か０．０９４Kwh/Kgとなる。
ここで、熱分解炉本体の熱容量を小さくし且つ熱分解炉本体の断熱性を高める設計を行った場合、熱分解処理時の加熱時間（冷却時間を除く）を２．５時間程度に短く出来るかという課題が残る。

熱分解処理時間目標である３時間の実現性の理論的検討結果を下記する。
（1）２００Kgのポリエステルを４００℃のポリエステル液体にするまでに必要な「必要エネルギー量」を求めると、F5＝２００Kg×（４００℃−２５℃）×１．０２Kj/Kg/K＝７６５００Kjとなる。
（2）２００Kgのポリエステルを液体化する際に必要な「吸熱エネルギー量」を求めると、表１の結果よりF6＝２００Kg×６１Kj/Kg＝１２２００Kjとなる。
（1）（2）の値を考慮して、ポリエステルを４００℃のポリエステル液体にするまでに必要な「必要エネルギー量」を求めると、F7＝F5＋F6＝８８７００Kjとなる。
底面ヒーター及び上面ヒーターの合計電気容量を４２Kwとして、上記「必要エネルギー量」を与えるのに要する時間を求めると ８８７００Kj÷４２Kw＝３５分となる。
即ち、熱分解炉本体の熱容量や熱分解炉本体からの放熱量を無視すると２００Kgのポリエステルを４００℃のポリエステル液体にするための加熱時間は僅か３５分程度で良い。この結果から、ポリエステルを３００℃の液体ポリエステルにするまでの加熱時間を１．５時間、液体ポリエステルをガス化させるまでの時間を１時間、最後に冷却に要する時間を０．５時間とすれば、目標の３時間を実現出来る。ここで、冷却時間は冷却水を注入することで１０分〜２０分で冷却できる。又、ポリエステルを液体化するまでの加熱時間も１．５時間とすることができるので最大の課題は、液体化したポリエステルをガス化させるまでの時間を１時間という短時間で完了出来るかという点である。
即ち、液体化したポリエステルが泡となり内鍋から溢れだすというトラブルを防止しつつ１時間という短時間で液体化したポリエステルをガス化出来るかということが問題となる。

上記について、液体化したポリエステルが泡となり内鍋から溢れだすというトラブルを防止しつつ１時間という短時間で液体化したポリエステルをガス化出来るかについての理論的検討結果を下記に示す。
まず泡の形で内鍋の底部から上昇してくるポリエステル泡量を求めるとG＝２００Kg÷６０分＝３．３３Kg/分となる。次に、上昇してくる３．３３Kg/分のポリエステル泡すべてを「ハイレックスヒーター」及び「反射プレート」からの輻射エネルギーで４００℃以上に加熱出来るかを検討する。
（1）３００℃のポリエステル液体を４００℃にするのに必要なエネルギー量を求めると、F8＝３．３Kg/分×（４００℃−３００℃）×１．０２Kj/Kg＝３３７Kj/分となる。
（2）ハイレックスヒーターから放射する輻射エネルギーの内、約５０％の輻射エネルギーをポリエステル液体に与えられるとして、ポリエステル液体が受け取る輻射エネルギー量を求めると、F9＝２４Kw×８０％×７０％×６０秒/分＝８０６Kj/分となる。
以上の結果よりF8＜＜F9となり、３００℃のポリエステル泡をすべて４００℃以上に問題無く加熱出来る。４００℃以上に加熱されたポリエステル液体は、その後自ら発する発熱エネルギーにより５００℃以上の高温のガスに変化し、熱分解は問題無く終了する。

図４は本発明に係る水封密閉装置の作用を説明するための正面図、図５は本発明に用いた水封密閉装置の正面図、図６は図５の一部を変更した水封密閉装置の正面図で、図４、図５、図６を使用して水封密閉装置の構造及び機能を説明する。

まず図４で水封密閉装置の基本構造と基本機能を説明する。
図４で示す様に、右上部に排気口１２を備えた水封タンク１４の中に水封用の水が蓄えられ、その水の中に先端を水没させる形で排ガス導入口１５が設けられ、前記水封タンク１４の上に水封タンク用蓋１６が設けられ、前記水封タンク用蓋１６は左右に分離可能な２分割された構造となっている。この様な水封構造を取ることにより熱分解炉本体への外部空気の侵入が無くなるため、ほぼ無酸素雰囲気で熱分解原料を熱分解出来る。
勿論、熱分解炉本体から発生した熱分解ガスを前記排ガス導入口１５に導くまでの配管の外側には断熱材１７が設けられている。

熱分解ガスは、前記排ガス導入口１５の先端から水の中に気泡の形で侵入し 排ガス導入口１５の外側を通って再び水面上に浮上する。
この時、熱分解ガスに含まれるテレフタル酸や安息香酸が水で冷却され水中に析出する。水中にテレフタル酸や安息香酸を析出した後の熱分解ガスは排気口１２より排気装置に内蔵されたファンにより吸引され排気装置に進む。この時２分割された蓋と蓋の間をあけた状態にすることにより、熱分解ガスと共に新鮮な空気も排気装置に内蔵されたファンにより吸引され排気装置に進む。

次に図５で本発明に用いた水封密閉装置の構造と機能を説明する。
図５で示す様に、昇降装置１８の上に、右上部に排気口１２と左下部にオーバーフロー管１３を備え且つ右下部に排水弁２１を設けた水封タンク１４が設置されており、前記水封タンク１４の中に水封用の水が蓄えられ、その水の中に先端を水没させる形で排ガス導入口１５が設けられ、水封タンク１４の上に水封タンク用蓋１６が設けられた構造となっている。
更に、前記排ガス導入口１５の内部に熱分解ガスの拡散を防止するための絞り管１９を設け、前記排ガス導入口１５の側面に複数のスリット２０設けた構造となっている。

熱分解炉本体で発生した熱分解ガスは絞り管１９で絞られた後、水面に向けて進んで行く。熱分解ガスを絞ることで、熱分解ガスの拡散を防ぎテレフタル酸が排ガス導入口１５の内側壁面に付着するのを防ぐと共にテレフタル酸を凝集し、大きな塊状の析出物にすることが出来る。次に、前記排ガス導入口１５側面の細いスリット部を通過した熱分解ガスは小さな気泡となって排ガス導入口１５の外側を通過して水面上に浮上する。この時、小さな気泡にすることで水中での冷却が進み安息香酸が水中に析出され易くなる。水中に析出した析出物は昇降装置１８を下げ水封タンク用蓋１６を外す事で容易に回収出来る。又、水封タンク１４の中の水は、排水弁２１を開けることにより排水出来る構造となっている。

図６は前記排ガス導入口１５の構造を変更した例で、この場合には排ガス導入口の上面に複数のパンチ穴２２を設けた構造としている。

図７は本発明に係る排気装置の正面図で、この図７を使用して排気装置の構造及び機能を説明する。

図７で示す様に、排気装置本体２２はフィルター２３と排気ファン２４から構成されており、更に、前記排気装置本体２２を出た熱分解ガスを加熱するため 熱交換器本体２５と前記熱交換器本体２５を加熱するヒーター２６を設け、熱交換器本体２５の後に一酸化炭素などを酸化分解するハニカム状の触媒２７を設けた構造とした。この様な構造を採用することにより水封密閉装置で除去出来なかった析出物をフィルター２３で除去し、最後に熱分解で発生した一酸化炭素などを触媒２７で酸化分解して一酸化炭素濃度を１００PPM以下の濃度にして排気することが出来る。
この時の触媒としてはPt（白金）を採用した。

最後に、熱交換器の構造を図８に示す。材質として熱伝導率が良いアルミを材質として、円筒状の金属部材の直線方向に熱分解ガスが通過するための多数の穴を備えた熱交換器本体２５を設けると共に、前記熱交換器本体２５の円周方向外側に加熱用のヒーター２６を密接させた構造としている。

以上説明した構造の熱分解装置で２００Kgのポリエステル製の制服を熱分解した結果、ポリエステル液体からなる泡が内鍋から溢れだすというトラブルもなく３時間以内で熱分解処理が可能となり、消費電力も０．５Kwh/Kg以内とすることが可能となる。

１…底面ヒーター、２…外鍋、３…内鍋、４…熱分解原料、５…上面ヒーター、６…外鍋用蓋、７…反射プレート、８…給水装置、９…排気口、１０…断熱材、１１…断熱材、１２…排気口、１３…オーバーフロー管、１４…水封タンク、１５…排ガス導入口、１６…水封タンク用蓋、１７…断熱材、１８…昇降装置、１９…絞り管、２０…スリット、２１…排水弁、２２…パンチ穴、２３…排気装置本体、２４…フィルター、２５…排気ファン、２６…熱交換器本体、２７…ヒーター、２８…ハニカム状の触媒、

Claims (10)

1. 熱分解原料を熱分解する熱分解炉本体と、前記熱分解炉本体で発生した熱分解ガスを外部に排気する排気ファンを備えた排気装置と、前記熱分解炉本体と前記排気装置との間にあり、熱分解炉本体への外部空気の侵入を防ぎ、且つ、前記熱分解ガスを冷却し、且つ、冷却した熱分解ガスを排気装置に導くための水封密閉装置を備え、前記水封密閉装置が水封タンクと、前記水封タンクにためた水の中に熱分解ガスを導く排ガス導入口と、水封タンク用の蓋を設け、前記熱分解炉本体がポリエステル系樹脂を含む熱分解原料を入れる内鍋と、前記内鍋を入れる外鍋と、内鍋に入れた前記熱分解原料を上方から加熱する上面ヒーターを設けたことを特徴とする熱分解装置。
2. 請求項１に記載の熱分解装置において、前記上面ヒーターとして輻射効率が５０％以上の輻射効率に優れたヒーターを設けたことを特徴とする熱分解装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱分解装置において、前記内鍋と前記外鍋の間に冷却用の水を供給するための給水装置を設けたことを特徴とする熱分解装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱分解装置において、前記外鍋の底面又は底面及び側面を加熱するヒーターを設けたことを特徴とする熱分解装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱分解装置において、前記上面ヒーターの上方に、上面ヒーターから上方に放射される輻射エネルギーを効率良く反射させる目的のために輻射効率が５０％以上の輻射効率に優れた反射プレートを設けたことを特徴とする熱分解装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の熱分解装置において、前記排ガス導入口の内部に、熱分解ガスの拡散を防止するための絞り管を設けたことを特徴とする熱分解装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱分解装置において、前記排ガス導入口の側面又は上面に複数のスリット又はパンチ穴を設けたことを特徴とする熱分解装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の熱分解装置において、前記水封タンクの下部に昇降装置を設けたことを特徴とする熱分解装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の熱分解装置において、前記排気装置を出た後の熱分解ガスを加熱するため、熱交換器本体と前記熱交換器本体を加熱するヒーターからなる加熱装置を設け、前記加熱装置の後に一酸化炭素などを酸化分解する触媒を設けたことを特徴とする熱分解装置。
10. 請求項９に記載の熱分解装置において、前記加熱装置として円筒状の金属部材の直線方向に、熱分解ガスが通過するための多数の穴を備えた熱交換器本体を設けると共に、前記熱交換器本体の円周方向外側に加熱用のヒーターを密接させたことを特徴とする熱分解装置。