JP5850378B2 - 油化装置 - Google Patents

Description

本件出願人は、小型油化装置としてプラスチックの気化ガスを分解する傾斜管を備えた小型油化装置およびプラスチックを収納して溶融し、分解部でプラスチックの分解ガスを作り、この分解ガスを冷却して液化させるコンデンサからなる油化装置を既に公開している。

特願２００６−１４５１８９号 特願２００６−１８７１３１号 特願２００７−０００１０６号 特願２００８−０００６４２号 特願２００８−０００６９６号

ところが、分解部内及びコンデンサ内で分解ガスの発生状況に応じて、それら内の圧力が変動し、時には、分解部内で発生した炭化物の細粒の飛沫成分が採集される油の中に混入したり、圧力上昇により未分解の分解ガスが採集油に混入することがあった。

そこで、本発明の油化装置においては、プラスチックを溶融させるための溶融部と、溶融プラスチックを気化させて分解する分解部を有し、分解部で分解したガスを冷却するコンデンサを有する油化装置において、前記コンデンサに分解部およびコンデンサ内の圧力を調整するための圧力調整タンクを接続した。

更に、前記圧力調整タンクにオフガスを分離するオフガス分離タンクを接続することが好ましい。

更にまた、前記圧力調整タンクの下部に未分解成分を排出する排出バルブを設けることが好ましい。

更にまた、前記圧力調整タンクは、コンデンサから伸びる油管をケーシング内に貯留された採集油内に所定長浸漬させることが好ましい。

分解ガスを凝縮させて液化するためのコンデンサに分解部及びコンデンサ内の圧力を調整するための圧力調整タンクを接続したので、分解部触媒筒及びコンデンサ内の気化ガスの急激な膨張による圧力上昇の際の圧力上昇を吸収でき、分解部内の炭化物等の細粒の飛沫成分のコンデンサへの進入を有効に防止でき、分解部触媒筒内での未分解の気化ガスのコンデンサへの進入を有効に防止できる。

本発明の油化システム図である。 本発明の油化装置に取付けられるオフガス処理システム図である。 本発明に係わる油化装置の正面図である。 図３のフレームを除いた拡大図である。 本発明に係わる油化装置の平面図である。 本発明に係わる油化装置の乾燥部及び溶融部の側面図である。 本発明に係わる油化装置の傾斜管の側面図である。 傾斜管に係わる内部構造図である。 本発明に係わるオフガス処理システムのトータルハイドロカーボンの浄化率を示すグラフである。 卓上型油化装置の構成図である。 本発明に係わる小型油化装置の他の実施例を示す構成図である。 本発明に係わる小型油化装置の更に他の実施例を示す構成図である。

以下図面を参照して本発明の実施態様について説明する。

図１において、プラスチックを熱分解して炭化水素油を採集する油化システム１は、廃プラスチック、特に比重の小さいフィルム状の廃プラスチックを熱溶融して造粒し、一定の比重と形状にするための造粒機２を有し、この造粒機２によって固化造流されたプラス
チックは比重０．２以上のペレットとされ、このペレットは、一定量のペレットを油化機に充填させるための定量充填機３に送られ、定量充填機３からのペレットは、油化機４に送られる。前記油化機４からのプラスチック蒸気は図示していないコンデンサを経て冷却され、油回収機５（油タンク）により炭化水素油として回収され、ここで発生したオフガスはオフガス処理システム６により処理される。

前記オフガス処理システム６は図２に示すように円筒形の触媒収納室７を有し、この触媒収納室７の外周面にはバンドヒータ８が巻回され、また、触媒収納室７には、粒状の触媒９が収納されている。前記触媒収納室７は一定長の円筒形の放熱筒１０の一端に取付けられ、前記放熱筒１０の他端には、オフガスと空気とを混合する矩形の混合室１１が取付けられ、この混合室１１内には、ファン１２が収納され、このファン１２はモータ１３により回転駆動される。前記混合室１１の一端面にはオフガス導入管１５が設けられ、その周囲には複数の空気取入穴１４が設けられ、この空気取入穴１４からの空気が、導入されたオフガスとファン１２によって混合される。

一般にモータ１３の耐熱温度は低いため（５０〜６０℃）、触媒収納室７の温度がモータ１３に出来るだけ伝達されないように放熱筒１０が設けられている。

前記触媒９は、国際公開０３／０７１１０６号に記載されたものが最適であり、セラミック本体に酸化触媒を担持したもので、三次元網目構造を有するコーディライトと称されるセラミック多孔体である。

かかる触媒は白金粒子が付着されており、従来主としてディーゼルエンジンの排気ガス処理に使用されている。廃プラチックを処理する油化装置のオフガスは主としてメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）であり、これら炭化水素の分解実験により、良好な結果が得られたので、オフガス処理に採用したものである。また、この触媒は有毒のシアンガス（ＨＣＮ）を分解できるので、ＡＢＳ樹脂を燃焼した際発生するシアンガスをＮ２とＣＯ２とＨ２Ｏに分解する。従って、この触媒を使用すれば、ＡＢＳ樹脂の油化も可能となる。

更に発泡スチロールの油化に先だって、発泡スチロールがメチレンクロラノイド（ＣＨ２Ｃｌ２）で減容されるが減容されたスチレンが油化される時に、オフガスを前記触媒に通すと塩化水素ガスが放出される。この塩化水素ガス（ＨＣｌ）は、カセイソーダ（ＮａＯＨ）で中和して無害化される。

前記バンドヒータ８は、端子１６を介して油化装置４本体の制御装置１７によりコントロールされるとともに、前記制御装置１７は、ファン１２のモータ１３の回転数をコントロールし、モータ１３の回転数が一定以下になると、混合室１１内の温度が上昇し、耐熱温度約６０℃のモータ１３を保護するために制御装置１７により油化装置４全体の駆動を停止する。

次にオフガス処理システムの実験例について説明する。

図９は、前記触媒を使用した場合の全炭化水素（ＴＨＣ）浄化率を示したものであり、直径７ｍｍのセラミック多孔体に１リットル当り２ｇの白金を付着した触媒を使用して全炭化水素（ＴＨＣ）の浄化率を測定すると、触媒温度は１８８℃〜２２９℃間に急激に浄化率が増大し、２５５℃で９６％以上となり、３０６℃では９８％以上となり（表１参照）、触媒温度は２５０℃〜３００℃の範囲が好ましいことが判る。例えば、オフガス中に１２００ｐｐｍのプロパン（Ｃ３Ｈ８）が含まれている場合に、触媒を通したら１２ｐｐｍ程度に含有量が低下したことが確認されている。

次に本発明の前記油化装置４の具体例について説明する。

油化装置４は、小型の油化装置であって、例えば１時間に１０ｋｇの廃プラスチックを処理する能力を有する。

図３、図４、図５において、油化装置４は、フレームＦを有し、このフレームＦ内に全ての機器が収められ、フレームの底面にはキャスター２０が取付けられ、人力で移動可能になっている。

前記フレームＦの図３の左側には、投入した廃プラスチックを加熱して水蒸気を除去する乾燥部２１と、乾燥部２１で乾燥された廃プラスチックを溶融する溶融部２２が上下に垂直方向に配設されている。前記フレームＦの図３の中央には、採集した油を貯溜しておくための油タンク２３と、この油タンク２３上に設けられた透明容器からなり、採集油とオフガスとを分離する２つのオフガス分離タンク２４、２５と、このオフガス分離タンク
２４、２５の後方に設けられた透明の容器からなる圧力調整タンク２６、２７とフレームＦの上面に支持された２本のコンデンサ２８、２９とが設けられている。

前記フレーム下内の図３の右側には、前記溶融部２２で溶融された液状プラスチックが送り込まれて、それをガス化し、プラスチックガスとする分解部３０が設けられ、この分解部３０は２本の傾斜管３１、３２を備えている。

前記フレームＦの底面近傍には、溶融部２２からの溶融プラスチックを前記分解部３０の各傾斜管３１、３２に送給するための直径５５ｃｍの配管Ｐ（図５参照）が設けられ、配管Ｐの溶融部２２側には、溶融プラスチックを一旦貯溜しておくためのバッファタンク３０Ｔが設けられ、このバッファタンク３０Ｔの入口は底近くに設けられ、出口は上面近くに設けられ、底側から入った溶融プラスチックはその上側から分解部３０に送られる。このバッファタンク３０Ｔは、分解部３０で気化した分解ガスの溶融部２２への逆流も防止している。このバッファタンク３０Ｔおよび大径の配管Ｐは保温され、溶融プラスチックをゆっくりと分解部３０に送って反応時間を稼ぐ作用をする。具体的には、バッファタンク３０Ｔと配管Ｐを合計した容積は、油化装置の１時間当りの処理能力を１０ｋｇとすると、２０ｋｇの溶融プラスチックを収納できる２０ｋｇ以上が好ましく（油化装置の処理能力の２倍）、より好ましくは３倍である。

前記乾燥部２１は、図６に示すように、水平管５０を有し、この水平管５０は、その一端部近傍にホッパー５１を有し、このホッパー５１から投入された造粒ペレットは、水平管５０内に配置されたリーズスクリュー５２によって、ゆっくりと加熱されつつ送給される。前記水平管５０の前方部には、水蒸気が排出される水蒸気管５３、５３、５３が設けられ、前記リードスクリュー５２は水平管５０の前端に設けられたモータ５４によって回転され、水平管５０は、その周囲に巻かれる図示しないヒータによって約１２０℃に加熱される。

前記水平管５０は、進行方向にやや傾斜しており、その前端下面には、連結部５５が設けられ、この連結部５５を通った乾燥プラスチックは溶融部２２の第１溶融管５６のモータ５７により回転されるリードスクリュー５８により、約２４０℃にゆっくりと水平管５０の進行方向とは逆方向に進みながら加熱され、半溶融のプラスチックとなる。前記第１溶融管５６とこの下方に配設された３６０℃に加熱される第２溶融管５９とは、溶融プラスチックの送給方向に対して前方に傾斜しており、それらは互いに逆方向に５〜７度傾斜して、溶融プラスチックがスムースに進行するようになっており、連結部６２を介して第２溶融管５９に送られた溶融プラスチックは第２溶融管５９の前端に取付けられたモータ６０およびリードスクリュー６６によって送給される。前記第２溶融管５９の前端からはエルボー管Ｌ（図４）を介して前記バッファタンク３０Ｔの下部に送られ、バッファタンク３０Ｔの上部側方からは、配管Ｐを介して前記傾斜管３１、３２の下端部側方に送られる。前記傾斜管３１、３２の構造は、ほぼ同一であり、図５、図７に示すように、ほぼ２０度程度進行方向の上方に傾斜しており、その上端にモータ６１、６２が付着され、このモータ６１、６２により、リードスクリュー６３、６４が回転される。これらリードスクリュー６３、６４は、溶融プラスチックがガス化されなかった残渣（炭化物、ゴミ等）を送る作用を果たし、図８に示すように、円筒形の傾斜管３１（３２）の下方に偏心した軸６３ａ（６４ａ）に形成された螺線羽根６３ｂ（６４ｂ）を備えている。すなわち、螺線羽根６３ｂ（６４ｂ）は、傾斜管３１（３２）の内壁の下部に所定のクリアランス（３〜５ｍｍ）で配設され、その上部には充分な空間が形成されている。このように、リードスクリュー６３（６４）を傾斜管３１（３２）内の下方に偏心して設け、上方に十分な空間６５を設けると、気化した溶融プラスチックのガスが空間６５内で十分加熱されながら、ゆっくりと上昇する。これにより反応時間が長くなり分解が十分に行われる一方、リードスクリュー６３は、その螺線羽根６３ｂが傾斜管３１の内壁全体に接近していなくても残渣を排出することが可能である。

前記傾斜管３１、３２の上端近傍の下面からは、残渣を収納してその残渣内の石油成分を気化させるためのガス化炉を兼ねた残渣タンク７０、７１（図４、図７）が残渣管７２、７３を介して接続され、残渣タンク７０、７１は図示しないヒータ加熱部材により３１０〜４００℃に加熱され、残渣管７２、７３は保温され残渣タンク７０、７１からの気化ガスが液化して残渣タンク７０、７１に落下しないようになっている。前記傾斜管３１、３２の上端部の近傍の上面には、触媒が収納される触媒筒７４、７５又は触媒と同様の作用をするとともに金属線を撚り合わせて集合させ気化ガス中の水分を除去する作用を果たすデミスタ筒が設けられる。この触媒筒７４、７５を通った気化ガスは、前記コンデンサ２８、２９（凝縮器）に送られ冷却されて液化され、これらコンデンサ２８、２９内で液化された油は、圧力調整タンク２６、２７内に一旦貯溜された後に油タンク２３に送られる。この圧力調整タンク２６、２７はコンデンサ２８、２９、触媒筒７４、７５および傾斜管３１、３２内の圧力を調整するコンデンサ２６の下面から伸びる油管２６ａをケーシング２６ｂ内に貯留された採集油内に所定長浸漬させて圧損を与え炭化物等の細粒の飛沫成分の進入を減少させ、またこれらの部分内で気化ガスが急激に膨張して圧力が上昇してもその圧力を吸収するので、重い末分解の気化ガスがこれらの部分を上昇することが避けられ、若し末分解成分が生じた場合には、圧力調整タンク２６、２７内の底に溜めることができ、圧力調整タンク２６、２７の下部に設けた排出バルブ７６、７７を回転させて末分解成分を排出させる。

前記圧力調整タンク２６、２７の上面から油が前記オフガス分離器２４、２５に送られ、分離されたオフガスは前記オフガス処理システム６に送られ無害化されて排出される。オフガスが分離された油は、油タンク２３に貯溜される。

なお、投入するプラスチックは造粒したペレット状のみならず、フィルム状のものでも小さく裁断したものであればよく、種々のタイプのプラスチックに対応可能である。

なお、上述の小型油化装置においては、傾斜管を２本設けたが、図１２に示すように、１本の主傾斜管２００に補助分解筒２０１を主傾斜管２００に沿わせて設けて、傾斜管２００のガス処理能力を増大させてもよい。すなわち、主傾斜管２００にはリードスクリューが設けられ、この主傾斜管２００には、溶融部２０２が接続され（乾燥したプラスチックの場合には乾燥部は不要）、この溶融部２０２には、ホッパ２０３が設けられ、前記主傾斜管２００には、触媒筒２０４が設けられ、主傾斜管２００からは、接続管２０５を介して前記補助分解筒２０１の下端近傍が接続され、この補助分解筒２０１は、中が空でリードスクリューは備えておらず、主傾斜管２００の気化ガスの部分を収納して十分な分解時間をとることができ、必要に応じてその中に図示しない棒ヒータを収納してもよく、主傾斜管２００と同様に触媒筒２０６を備えている。

次に、時間当り２〜３ｋｇのプラスチックを処理するタイプの卓上型のバッチ式小型油化装置について説明する。

図１０において、小型油化装置８０は、投入したプラスチックを溶解し、ガス化するための分解釜８１と、この分解釜８１でガス化されたガスを冷却するためのコンデンサ筒８２とからなる。前記分解釜８１は、釜本体８３を備え、この釜本体８３の周囲には、螺線状の冷却フィン８４が形成されるとともに螺線状にヒータ８５が巻回され、このヒータ８５は伝熱セメント８６によって被覆されている。前記釜本体８３は、外筒８７Ｆ内に収納され、この外筒８７Ｆの側壁の上下には、空気吹出口８８および空気取入口８７が設けられ、油化操作が終了したときに、ファン８９を回転させて釜本体の周囲に冷却風を送り込み、短時間で釜本体８３を冷却する。なお、外筒８７Ｆの周囲には、断熱材９０が付着されている。

前記釜本体８３の上面には、フランジ９１が設けられ、このフランジ９１には、プラスチックの気化ガスを分解するための金属線を撚り固めたデミスタ９２を収納するためのデミスタ収納筒９３の下フランジ９４が接着され、デミスタ収納筒９３の上フランジ９５には、蓋体９６が付着されている。この蓋体９６には、略円錐体９７の上部が固定され、この円錐体９７内に前記デミスタ９２が収納され、この円錐体９７を介してデミスタ９２はデミスタ収納筒９３内に収納されることになる。前記円錐体９７の開口下面の周囲は前記デミスタ収納筒９３の円壁に形成されたフランジ９８に密着し、これにより円錐体９３の外周面とデミスタ収納筒９３間に断熱空間９９を形成している。この断熱空間９９は、釜本体８３からの熱を遮断するので、前記デミスタ収納筒９３の上フランジ９５と蓋体９６が高温になるのが避けられるので、その間に嵌め込まれるパッキン１００の寿命が著しく延長される。なお、前記円錐体９７を更に下方に伸ばして、その下面周囲を釜本体８３の入口に形成した段差に密着させることも可能である。

釜本体８３内で４００℃前後に加熱され気化したプラスチックガスは、デミスタ９２で
滞溜して十分な時間熱分解されてパイプ１０１を通って、前記コンデンサ筒８２内に送られる。コンデンサ８２は透明な筒体１０２を有し、この中には所定量の水１０３が収納され、この水の中まで気化ガス管１０４が伸びている。この気化ガス管１０４とパイプ１０１とは、接続部１０５で接続され、この接続部１０５の近傍には、油化操作が終了し、分解釜８１内の温度低下によりその中の空気が収縮したときに減圧し、ガス管１０４を通してコンデンサ筒８２内の水が吸引されるのを防止するための開放弁１０６が設けられている。

前記コンデンサ筒８２の下面には、コンデンサ筒８２内の水を抜くための水抜き弁１０７と、コンデンサ筒８２の水面上に貯溜した油を採集するための油採集弁１０８が設けられ、この採集弁１０８が取付けられる油採集管１０９の上端は水面と面一であり、その水面上に水中で冷却された油Ｏが溜まるようになっており、この状態はコンデンサ８２の透明な筒体１０２を通して目視できる。

なお、筒体１０２の上面には、水供給口１１０およびコンデンサ筒８２のオフガスを排出するオフガス排出口１１１が設けられ、このオフガス排出口１１１には前述のオフガス処理システム６が接続され、これにより、本小型油化装置８０は室内での使用が可能となる。

図１１において、本発明の他の油化装置３００は、プラスチックを投入して加熱溶融するための溶融部３０１と、この溶融部３０１から送られた溶融プラスチックを受け入れて溶融プラスチックを気化ガスとして分解せしめるための分解部３０２とを有し、この溶融部と分解部３０２の中間には、Ｕ字形のトラップ部３０３が設けられている。このトラップ部３０３には溶融プラスチックが溜まって、分解部３０２からの気化ガスの逆流を防止しており、前記分解部３０２には、必要に応じて図示しないデミスタを設けてもよく、分解ガスはコンデンサ３０４により液化されて油タンク３０５に回収され、ここで発生したオフガスは前述のオフガス処理装置６で処理される。前記油化装置４のバッファタンク３０Ｔはトラップ部３０３の作用を果たしている。

１…油化システム
２…造粒機
６…オフガスシステム
７…触媒収納室
１０…放熱筒
２１…乾燥部
２２…溶融部
２６、２７…圧力調製タンク
２８、２９…コンデンサ
３０Ｔ…バッファタンク
３１、３２…傾斜管
７０、７１…残渣タンク
８１…分解釜
８２…コンデンサ筒
８７…空気取入口
８８…空気吹出口
９７…円錐体
１０９…油採集管
３０３…トラップ部

Claims (3)

1. プラスチックを溶融させるための溶融部と、
   溶融プラスチックを気化させて分解する分解部を有し、
   分解部で分解したガスを冷却するコンデンサを有する油化装置において、
   前記コンデンサに分解部およびコンデンサ内の圧力を調整するための圧力調整タンクを接続し、前記圧力調整タンクはコンデンサから伸びる油管をそのケーシング内に貯留された採集油内に所定長浸漬させ、前記圧力調整タンクの上面から油が、オフガスを分離するオフガス分離タンクに送られ、オフガスが分離された油が油タンクに貯留される油化装置。
2. 前記圧力調整タンクの下部に未分解成分を排出する排出バルブを設けた請求項１に記載の油化装置。
3. 前記圧力調整タンクは透明の容器からなる請求項１記載の油化装置。

Images