JP6184868B2

JP6184868B2 - 油化装置

Info

Publication number: JP6184868B2
Application number: JP2013539704A
Authority: JP
Inventors: 伊東　昭典; 昭典伊東; 清中島
Original assignee: Blest Co Ltd
Current assignee: Blest Co Ltd
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: EP2770039A4; US20140246301A1; EP2770039A1; JPWO2013058366A1; WO2013058366A1

Description

本発明は、プラスチックを熱分解により油化させるための油化装置に関する。

一般に、廃プラスチックを油化させる連続式の小型油化装置は、廃プラスチックを細片にしたものを加熱装置を備えたシリンダー状の加熱部でゲル状に加熱しつつ、その中に設けたリードスクリューで逐次前方に送給し、溶融プラスチックを加熱部に隣接した傾斜シリンダーからなる分解部に送り込み、この中に設けたリードスクリューで斜め上方に送給しつつ、溶融プラスチックを４００℃以上に加熱してプラスチックガスを生成し、このガスを触媒を通して分解し、この分解ガスをコンデンサで冷却して油化し、一方、分解部の上端近傍からは、残渣を連続的に排出させるようにしている。

特開２００６−１５２１７５公報

しかしながら、前記油化装置においては、加熱部および分解部共にリードスクリューを備え、これをモータで回転せしめて溶融プラスチックを送り出すようにしており、回転部品を備えることによって部品点数も多くなり、回転制御も必要になってくるばかりでなく、リードスクリューとシリンダー、ケーシングとの間に詰まりが生じて故障の原因ともなっていた。更に、分解部から残渣を排出しているが、このように残渣排出機構を設けても、シリンダーの内壁には、残渣が薄く残るばかりでなく、その部分がコークス化してしまうので詰まり易くなり、定期的なメンテナンスが必要であった。更に、また、プラスチックガスを分解するために触媒を備えた触媒筒が必要となり、この触媒は一定期間使用後に交換しなければならず、装置の価格上昇の原因となっていた。

本発明のプラスチックの油化装置は、プラスチックを加熱溶融して熱分解したプラスチックのガスを蒸発させ、このガスを冷却して液化するようにしたプラスチックの油化装置において、プラスチックを溶融してゲル状として押出すための押出機と、この押出機から押出されたゲル状プラスチックを所定温度で所定時間滞留せしめるためのバッファタンクと、このバッファタンクからの溶融プラスチックを貯溜して液面からプラスチックのガスを蒸発せしめる温度コントロールされた蒸発面積の大きい蒸発釜とからなる。

また、前記液面の温度が４００〜４１０℃にコントロールされることが好ましい。
また、前記バッファタンクは、段差を設けて設置された、縦型の２つの円筒体からなり、前記蒸発釜は、横型の円筒体からなり、前記バッファタンクおよび蒸発釜は、それらの外周面を被覆した面状発熱体により加熱されることが好ましい。更に、前記バッファタンクおよび蒸発釜の一端には開閉自在のメンテナンス口がそれぞれ設けられていることが好ましい。更に、また、前記蒸発釜内の溶融プラスチックの液面を円筒体の鉛直方向における直径中心位置になるようにプラスチックの送り量をコントロールするようにすることが好ましい。更にまた、前記溶融プラスチックの液面が、円筒体の直径中心位置より上昇したときは、蒸発釜の外周面を被覆した面状発熱体のワット密度を増大し、それより下降したときには、面状発熱体のワット密度を減少させるようにすることが好ましい。更に、また、前記ワット密度は０．６ｗ／ｃｍ²〜１．４ｗ／ｃｍ²の範囲にコントロールされることが好ましい。更に、また、前記油化装置は、蒸発窯で発生したプラスチックのガスを液化するためのコンデンサを有し、このコンデンサは、所定量の炭化水素油を貯蔵するようになっていることが好ましい。更に、また、前記油化装置は、蒸発窯で発生したプラスチックのガスを液化するためのコンデンサを有し、このコンデンサは塩化ビニールの処理後の塩素を中和する中和剤を貯溜するようになっていることが好ましい。

本発明においては、押出機により短時間で多量のプラスチックをゲル状とすることができ、温度コントロールされたバッファタンクを使用してゲル状のプラスチックを一定時間加熱滞溜させれば、炭化させることなく溶融プラスチックにすることができ、しかも蒸発面積の広い蒸発釜を使用すれば、熱分解したプラスチックガスを効率よく蒸発させることができる。更に、溶融プラスチックの液面を４００〜４１０℃に設定すれば、ＰＰ・ＰＥから炭化させることなく、Ａ重油、灯油相当の炭化水素油を効率よく採集できる。

前記バッファタンクを縦型に２個設け、それらを段差を設けて設置すれば、送りスクリューを設けることなく自然に送り込みができ、面状発熱体による加熱により炭化させることなくプラスチックを溶融でき、更に、蒸発釜を横型に配置された円筒体で構成すれば、蒸発面積を広くとることができ、面状発熱体で適切な温度に周囲から加熱すれば、自然の対流が生じ特に撹拌手段を設ける必要もなくなる。

更に、また、バッファタンクおよび蒸発釜にメンテナンス口を設ければ、残渣タンクを特別に設ける必要もなく、蒸発釜内のプラスチック液面を円筒体の直径方向中心位置に設定すれば、蒸発面積が大きくなる。また、溶融プラスチックの液面の変動に合わせてヒータのパワーを０．６ｗ／ｃｍ²〜１．４ｗ／ｃｍ²にコントロールすれば、溶解プラスチックの液面を４００〜４１０℃に保持できて、一定の高さに液面を保つことができる。前記コンデンサ内に、軽油、重油あるいは、採集された混合炭化水素油を所定量貯溜すれば、ＰＥＴ処理後のテレフタル酸を凝縮して除去できる。また、カセイソーダ水等の中和剤を貯溜しておけば、塩化ビニール処理後の塩素を除去できる。

本発明のプラスチックの油化装置の斜視図である。本発明のプラスチックの油化装置の概略構成図である。ＰＥＴ処理用のコンデンサの概略構成図である。塩化ビニール処理用のコンデンサの概略構成図である。ＰＥＴと塩化ビニールの両者を処理できるコンデンサの概略構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１及び２について、本発明のプラスチックを油化するための油化装置Ｍは、廃棄されたプラスチック片を摩擦熱によりゲル状とする押出機１を備えている。この押出機１はその中にリードスクリューを備えた通常の押出装置でよい。この押出機１には、ゲル状のプラスチックを加熱保持して自動的に移送せしめるための段差を設けて配置した第１バッファタンク２とこの第１バッファタンク２の下流側に配置された第２バッファタンク３とが接続される。前記第２バッファタンク３からの溶融プラスチックは、前記押出機１と並列に配置され溶融プラスチックを熱分解しつつガス化するための蒸発釜４に流入する。この蒸発釜４の上方には、蒸発管５を介して接続されたコンデンサ６が配置され、このコンデンサ６によって冷却されたプラスチックのガスは液化して油タンクに貯溜される。

前記押出機１と蒸発釜４とは並列に配置され、前記第１、第２バッファタンク２、３を結ぶ線と前記押出機１と蒸発釜４とを結ぶ線とは直交しており、油化装置Ｍは、全体としてコ字状に配置されコンパクトな構成となっている。

前記押出機１は、ホッパー１０を備え、このホッパー１０から廃棄プラスチックの細片１１がモータ１２によって回転するリードスクリュー１３とシリンダー状のケーシング１４間に送られ、プラスチックの細片は摩擦熱と図示しないヒータにより加えられるヒータ熱とによってゲル状となり、排出管１５から排出される。前記第１バッファタンク２は、縦型に配置された円筒体２ａからなり、この円筒体２ａの周壁は面状発熱体１６（図１）によって加熱され、ゲル状プラスチックは３９０〜４０５℃に加熱され、円筒体２ａの上端には、開閉自在のメンテナンス口１７が形成されるとともに円筒体２ａの上部周壁から押出機１側に流入管１８が伸び、前記押出機１の排出管１５と流入管１８は、ジョイント１９で接続されている。また、円筒体２ａの下端近傍周壁から前記流入管１８と直交する方向に流出管２０が第２バッファタンク３側に伸びている。

前記第２バッファタンク３は、第１バッファタンク２より低い位置に配置されるとともに縦型に配置された円筒体３ａからなり、この円筒体３ａの上部周壁から延びる流入管２１がジョイント２２を介して第１バッファタンクの流出管２０に接続されている。前記円筒体３ａは第１バッファタンク２の円筒体２ａよりやや長く形成され、その周壁は面状発熱体２３で被覆され、これにより内部の溶融プラスチックは４００〜４１５℃に加熱されるとともにその上端には、開閉自在のメンテナンス口２４が形成されている。前記円筒体３ａの蒸発釜４に対向した周壁上部からは、円筒体３ａの上部に滞溜するプラスチックガスを蒸発釜４の蒸発空間Ｓ（図２）に供給するためのガス流出管２５が伸びており、このガス流出管２５はジョイント２６を介して蒸発釜４の端壁４ａの蒸発空間Ｓに対応する位置から伸びるガス流入管２７に接続されている。すなわち、前記プラスチックは、第１バッファタンク２、第２バッファタンク３を通じて徐々に加熱されるが、第２バッファタンク３は、蒸発したプラスチックガスを蒸発釜４に送るようにして蒸発釜４の補助的役割を果たしている。このように２つのバッファタンク２、３を設け、徐々に溶融プラスチックの温度を上昇せしめて、最終的に蒸発釜４に送るようにすれば、蒸発釜４内に送られる溶融プラスチックの温度変動が少なくなり、蒸発釜内での温度コントロールが正確になる。前記円筒体３ａの周壁下部からは、溶融プラスチックを蒸発釜４内に送り込むためのプラスチック流出管２８が伸びており、このプラスチック流出管２８はジョイント２９を介して蒸発釜４の端壁４ａの下部から伸びるプラスチック流入管３０に接続されている。

前記蒸発釜４は、横型に配置された円筒体４ａからなり、この円筒体４ａの周囲はセラミックヒータのような面状発熱体３１で被覆され、その右端面には、メンテナンス口３２が開閉自在に設けられ、円筒体４ａの上部中央には、蒸発管５のガイド管５ａが上方に伸びて、このガイド管５ａはジョイント３３を介して蒸発管５に接続されている。また、円筒体３４の適宜位置には、円筒体４ａ内の溶融プラスチックの液面Ｌ・Ｓを検出するための液面計３４が設けられている（図２）。

更に装置の操作終了時には、蒸発釜内の溶融プラスチックの殆どが蒸発するので、そのための液面計３５を低い位置に設けて液面をコントロールする。

なお、前記第１、第２バッファタンク２、３の円筒体２ａ、３ａの溶融プラスチックが貯溜される高さより低い位置の内壁には温度計ｔ₁,ｔ₂が、蒸発釜４の底壁適宜位置には、２つの温度計ｔ₃,ｔ₄が設置されている。また、前記液面計３４、３５、各温度計ｔ₁,ｔ₂, ｔ₃,ｔ₄、各面状発熱体１６、２３、３１及び押出機１のモータ１２はコントローラＣに接続されている（図２）。

次に油化装置の操作方法について説明する。特に、汎用プラスチックの内、ポリエチレン（ＰＥ）の油化が難しいので、ポリエチレンの場合について説明するが、ポリプロピレン（ＰＰ）にも適用可能である。溶融プラスチックの熱分解の過程において、均一な加熱と温度コントロールが重要である。特に、本装置の第１、第２バッファタンク２、３及び蒸発釜４には、撹拌機を使用していないので、均一加熱のためには、面状発熱体を使用して周囲から均一に加熱することと熱伝導の関係から加熱されるプラスチックの量が制限され、特に加熱温度が４３０〜４４０℃以上となると、バッファタンク、及び蒸発釜４の内壁に接触している溶融プラスチックは炭化したりして内壁に付着して熱伝導が悪化し、時には吹き上げたりして事故の原因となるので正確な温度コントロールが重要である。

前記蒸発釜４の液面（Ｌ・Ｓ）位置は、蒸発面積が最大である沿直方向における円筒体４ａの直径中心位置（高さ位置）が好ましく、液面温度とガス化との関係は以下に示す通りである。なお、ここで言うパーセント(％)とは、一定時間（例えば１時間）におけるガス化の速度を示したものであり、４２３℃のガス化速度を１００％したときの速度の割合を示している。
液面温度とガス化との関係（ＰＥ・ＰＰ）

液面温度ガス化との関係
３８０℃ ガス化なし
３８５℃ ２０％がガス化
３９０℃ ４０％がガス化
３９５℃ ４５％がガス化
４００℃ ５０％がガス化（軽質油Ｃ₁₀〜Ｃ₂₀が多い）
４０５℃ ６０％がガス化（中間油Ｃ₁₅〜Ｃ₂₅が多い）
４１０℃ ８０％がガス化（中間油Ｃ₁₅〜Ｃ₃₅が多い）
４１５℃ ９０％がガス化（重質油Ｃ₄₀〜Ｃ₅₀が多い）
４２０℃ ９７％がガス化（重質油Ｃ₄₀〜Ｃ₅₀が多い）
４２５℃ 一部はガス化するが大半はガス化しないで炭化
４３０℃ 殆んど炭化
４４０℃ 完全炭化
すなわち、ここでガス化速度は５０％以上８０％以下であれば、余分な処理時間を要しないし、炭化も防止できるので、液面の温度は４００〜４１０℃に維持されることが好ましく、これ以下（４００℃）だとガソリン相当の軽質油が多くなり、燃料としては取り扱いにくくなるし、これ（４１０℃）以上だと、重質油が多くなり、燃料としては取り扱いにくいものとなる。この間だと、灯油、Ａ重油相当の炭化水素油が多く採集でき利用価値が高い油が得られる。前記円筒体４ａの内壁に近接している溶融プラスチックの温度は４１５〜４３０℃に設置され、円筒体４ａの外周面に設けられる面状ヒータ３１は、４２０〜４３５℃に設置される。
前記蒸発釜４の加熱は、その外周面を加熱することによって行われ、このように周囲加熱は、内部にヒータを設置するよりも構造が簡単で、蒸発釜内部のメンテナンスも楽となり好ましいが、均一加熱には円筒体４ａの直径の大きさに制約があり、加熱効率上３５〜４５ｃｍ特に４０ｃｍ近傍が好ましい。

押出機１の３８０℃のゲル状プラスチックは、排出管１５と流入管１８を通って、第１バッファタンク２内に落下され、その底部から所定高さ位置にある流出管２０より液面が上昇すればその上昇分は、流出管２０と第２バッファタンク３の上部にある流入管２１を通って第２バッファタンク３内に落下し、その液面は、蒸発釜４の液面Ｌ・Ｓと同一高さ位置となるように溶融プラスチックが流出管２８及び流入管３０を通って流通する。なお、第２バッファタンク３内では、その一部が気化するので、その気化ガスはタンク上部に設けたガス流出管２５、ガス流入管２７を通って蒸発釜４内の蒸発空間Ｓに流入する。前記コントローラＣは、蒸発釜４内の液面Ｌ・Ｓが、円筒体の中心高さ位置になるように、押出機１の押出量をモータ１２の回転をコントロールすることと面状ヒータ３１のワット密度とのコントロールによって調整される。

前記各バッファタンク２、３及び蒸発釜には撹拌機を要しないし、プラスチックの流量を調整するバルブも設けられていないので、押出機１の押出量、各バッファタンク２、３および蒸発釜４の加熱温度、それらの直径と長さによって、蒸発釜４の液面Ｌ・Ｓの高さ位置がコントロールされる。なお、前記液面Ｌ・Ｓが所定位置より上昇した場合には、サイリスタにより電圧Ｖを自動的に調整し、ヒータのワット密度を増やして蒸発速度を速め、逆に下降した場合には、そのワット密度を減少させて蒸発速度を遅くし所定位置に液面を短時間で戻すようにコントロールされる。

なお、プラスチックの液面を４００℃〜４１０℃にコントロールするための面状ヒータ３１のワット密度は０．６ｗ／ｃｍ²〜１．４ｗ／ｃｍ²であり、蒸発窯４の直径が４０〜５０ｃｍの範囲であれば、上記範囲でコントロール可能である。

次に、蒸発窯４で発生したプラスチックのガスを液化して炭化水素油とするためのコンデンサ６の構造について説明する。

ＰＰ、ＰＥの油化処理時に、時としてＰＥＴや塩化ビニールが少量ではあるが、混入する場合があるが、ＰＥＴ２０％以下混入の場合には、図３に示すように、コンデンサ６の本体５０内に軽油、灯油、あるいは採集された混合油等の炭化水素油５１を所定量貯溜した中に蒸発管５を導入するようにすればよい。すなわち、ＰＥＴ処理時に分解して生じたテレフタル酸は炭化水素油５１内で凝縮するので、オーバーフロー管５２から採集油を採集すれば、本体５０の底にテレフタル酸の残渣Ｐａが貯まるので、ドレン管５３からその残渣を除去すればよい。なお、前記本体５０は、冷却水のような冷媒で冷却される。

図４は、塩化ビニール処理時に発生する塩素（Ｃｌ）を中和除去するためのコンデンサ６０を示している。冷媒で冷却されるようになっている本体６１内には、中和剤６２が収納されており、この中和剤としては、水酸化ナトリウム水（ＮａＯＨ）または水酸化カリウム水（ＫＯＨ）が挙げられ、これら中和剤の液面上に採集された混合油が位置し、その混合油が一定量以上になると、オーバーフロー管６３を通って外部に排出される。前記中和剤内には、蒸発窯から傾斜して伸びる蒸発管５ａが伸ばされて採集油のガスが供給される。前記ガス内の塩素は中和剤内で塩酸（ＨＣｌ）となり、中和される。なお、蒸発管５ａが下方に傾斜していると、その中に水滴が滞在することが有効に防止される。なお、本体６１の下部にはドレン口６４が形成されている。

また、ＰＥと塩化ビニールの両方が含まれる廃プラスティックを処理するためのコンデンサ７０が図５に示されている。コンデンサ７０は、本体７１を有し、この本体７１内の下部には前述の中和剤７３が、その上に前述の炭化水素油７２が収納され、この炭化水素油７２によって、テレフタル酸の残渣Ｐａが凝縮除去され、塩化ビニール中の塩素（Ｃｌ）は、沈下して中和剤によって中和される。なお、採集された混合油はオーバーフロー管７４の上端からオーバーフローして外部に取り出され、前記蒸発管５ａの下端は炭化水素油中に開放され、本体の下端にはドレン口７５が形成されている。
具体的には、１時間に１０ｋｇのポリエチレンを油化するために最適寸法は以下の通りである。

１．押出機のシリンダー
１０００Ｌ×２５０φ
２．流入管・流出管１５、１８
２５Ａ（外径３４ｍｍ、厚さ３．２ｍｍ）

３．第１バッファタンク
１５０Ａ（外径１６５．２ｍｍ、厚さ５ｍｍ）×３００Ｌ
４．流出管・流入管２０、２１
３２Ａ（外径４２．７ｍｍ、厚さ３．５ｍｍ）
５．第２バッファタンク
１５０Ａ×４００Ｌ
６．ガス流出管・ガス流入管２５、２７
１０Ａ（外径１７．３ｍｍ、厚さ２．３ｍｍ）
７．流出管、流入管２８、３０
４０Ａ（外径４８．６ｍｍ、厚さ３．５ｍｍ）
８．蒸発釜４
１０００Ｌ×４００φ
なお、本装置には、特に残渣を貯溜する残渣タンクを特に設けていないので装置を一定期間作動した後に、各部品に取付けられているメンテナンス口１７、２４、３２を開放して残渣を除去する。

廃プラスチックのうち、ＰＰ及びＰＥからＡ重油相当の炭化水素油を主成分とする混合油を効率よく採集でき、廃プラスチックの利用分野に広く応用される。

１…押出機
２…第１バッファタンク
３…第２バッファタンク
４…蒸発釜
５…蒸発管
６…コンデンサ
７…油タンク

Claims

プラスチックを加熱溶融して熱分解したプラスチックのガスを蒸発させ、このガスを冷却して液化するようにしたプラスチックの油化装置において、プラスチックを溶融してゲル状として押出すための押出機と、この押出機から押出されたゲル状プラスチックを所定温度で所定時間滞留せしめるための縦型円筒体からなるバッファタンクと、このバッファタンクからの溶融プラスチックを貯溜して液面からプラスチックのガスを蒸発せしめる横型円筒体からなる蒸発釜と、前記押出機のプラスチックの送り量と前記蒸発釜およびバッファタンクの周囲を被って加熱する面状発熱体をコントロールするコントローラとを有し、前記バッファタンクおよび蒸発釜からはリードスクリューおよび残渣排出機構のような回転部品を除去したプラスチックの油化装置。
前記コントローラは蒸発釜内の溶融プラスチックの液面を鉛直方向における円筒体の直径中心位置になるようにプラスチックの送り量をコントロールするようにした請求項１記載のプラスチックの油化装置。
前記蒸発釜内の溶融プラスチックの液面の温度が４００〜４１０℃にコントロールされた請求項２記載のプラスチックの油化装置。
前記バッファタンクは、段差を設けて設置された、縦型の２つの円筒体からなり、その周囲は面状発熱体により加熱される請求項１記載のプラスチックの油化装置。
前記バッファタンクおよび蒸発釜の一端には開閉自在のメンテナンス口がそれぞれ設けられている請求項１記載のプラスチックの油化装置。
前記溶融プラスチックの液面が、円筒体の鉛直方向における直径中心位置より上昇したときには、蒸発釜の外周面を被覆した面状発熱体のワット密度を増大し、それより下降したときには、面状発熱体のワット密度を減少させるようにした請求項２記載のプラスチックの油化装置。
前記ワット密度は０．６ｗ／ｃｍ²〜１．４ｗ／ｃｍ²の範囲にコントロールされる請求項６記載のプラスチックの油化装置。
前記油化装置は、蒸発窯で発生したプラスチックのガスを液化するためのコンデンサを有し、このコンデンサは、所定量の炭化水素油を貯蔵するようになっている請求項１記載のプラスチックの油化装置。
前記油化装置は、蒸発窯で発生したプラスチックのガスを液化するためのコンデンサを有し、このコンデンサは塩化ビニールの処理後の塩素を中和する中和剤を貯溜するようになっている請求項１記載のプラスチックの油化装置。