JP6386215B2 - 廃プラスチックの熱分解装置および廃プラスチックの熱分解方法並びに熱分解残渣および吸着剤 - Google Patents

Description

本発明は、廃プラスチックを、無酸素雰囲気中にて、ロータリーキルンにて撹拌しながら熱分解を行う熱分解炉によって熱分解する廃プラスチックの熱分解装置および廃プラスチックの熱分解方法並びに熱分解残渣および吸着剤に関し、熱分解残渣を吸着剤などへの応用を可能とし、またアルミ蒸着フィルムを含む廃プラスチックから、アルミを回収することが可能となる。

従来、廃プラスチックの熱分解方法および熱分解装置に関しては、各種の方法が、公開されている。特許文献１では、炉内の温度を上限５００℃に設定し、発生する塩化ガスをナトリウムによって吸収する熱分解処理方法について記載されている。特許文献２では、熱分解シリンダ部の温度を５００〜６００℃とし、熱シリンダ部内に消石灰を投入して、発生する塩化水素ガスを反応させて吸収する熱分解装置について記載されている。特許文献３では、消石灰粉末を廃プラスチック原料と共に、分解槽に投入する処理装置について記載されている。

特開２００７−１５４２０１号公報 特開２００４−３００１８６号公報 特開２００４−２６９８３８号公報

特許文献１では、廃プラスチックの熱分解にて発生する塩素水素ガスを、ナトリウムにて吸収することが記載されているが、ナトリウムは、取扱いが困難であるという問題点があった。
特許文献２では、廃プラスチックの熱分解にて発生する塩素水素ガスを、消石灰にて反応させて吸収することが記載されているが、熱分解残渣に関して再利用の可能性は、全く記載されていない。
特許文献３では、同じく、廃プラスチックの熱分解にて発生する塩素水素ガスを、消石灰にて反応させて吸収することが記載されているが、熱分解残渣に関して再利用の可能性は、全く記載されていない。

本発明の課題は、廃プラスチックを安全に熱分解した後、熱分解残渣を吸着材などへの応用に活用することができ、また、廃プラスチックに混入していたアルミ蒸着フィルムのアルミを回収することができる廃プラスチックの熱分解装置および廃プラスチックの熱分解方法を提供することである。

請求項１に係る発明は、アルミ蒸着フィルムを含む廃プラスチックの熱分解時に発生するガス量から、熱分解炉内を正圧にして無酸素雰囲気を実現しながら、熱分解温度を制御する熱分解炉と、前記廃プラスチックと消石灰とを撹拌するロータリーキルンと、前記ロータリーキルンが、前記熱分解炉の熱分解室内部に配置されていて、前記廃プラスチックと消石灰を、前記ロータリーキルンにて撹拌しながら熱分解を行うことで、前記廃プラスチックに混入するＰＶＣ及びＰＶＤＣから発生する塩化水素ガスと消石灰の反応を促進し、塩化水素ガスの排出を抑制しながら、塩化カルシウムを得て、前記廃プラスチックの熱分解残渣に、リサイクルが可能なアルミが残り、前記廃プラスチックの熱分解残渣から前記アルミを回収してリサイクルできる廃プラスチックの熱分解装置であり、 前記廃プラスチックの熱分解装置にて得られる熱分解残渣中のシリカが、ＢＥＴ比表面積２００ｍ^２／ｇ以上のメソポーラスシリカであり、吸着剤への応用が可能である廃プラスチックの熱分解装置である。 請求項２に係る発明は、前記廃プラスチックの熱分解装置の熱分解炉の熱分解温度は、４５０℃〜６５０℃に設定されたことを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックの熱分解装置である。

熱分解温度が４５０℃未満であると、廃プラスチックの熱分解が不十分となり、また、熱分解温度が６５０℃を超えると、廃プラスチックに含まれるアルミ蒸着フィルムのアルミが溶解する可能性があり、アルミの回収が困難となる。

請求項３に係る発明は、アルミ蒸着フィルムを含む廃プラスチックに消石灰を加え、無酸素雰囲気中で、ロータリーキルンにて撹拌しながら外熱式で熱分解を行う熱分解炉によって、４５０℃〜６５０℃の温度で熱分解し、前記廃プラスチックから発生する塩化水素ガスを、前記消石灰にて反応させて吸収し、前記廃プラスチックの熱分解残渣に、リサイクルが可能なアルミが残り、前記廃プラスチックの熱分解残渣から前記アルミを回収してリサイクルできる廃プラスチックの熱分解方法であり、 前記廃プラスチックの熱分解方法にて得られる熱分解残渣中のシリカが、ＢＥＴ比表面積２００ｍ^２／ｇ以上のメソポーラスシリカである廃プラスチックの熱分解方法である。熱分解温度が４５０℃未満であると、廃プラスチックの熱分解が不十分となり、また、熱分解温度が６５０℃を超えると、廃プラスチックに含まれるアルミ蒸着フィルムのアルミが溶解する可能性があり、アルミの回収が困難となる。

請求項４に係る発明は、アルミ蒸着フィルムの熱分解残渣であり、熱分解残渣中のシリカが、ＢＥＴ比表面積２００ｍ^２／ｇ以上のメソポーラスシリカである廃プラスチックの熱分解残渣である。 請求項５に係る発明は、請求項４記載の熱分解残渣を用いた吸着剤である。

請求項１、２による廃プラスチックの熱分解装置によれば、熱分解残渣を吸着材などへの応用に活用することができ、また、廃プラスチックに混入していたアルミ蒸着フィルムのアルミを回収する熱分解装置を提供できる。

請求項３による廃プラスチックの熱分解方法によれば、熱分解残渣を吸着材などへの応用に活用することができ、また、廃プラスチックに混入していたアルミ蒸着フィルムのアルミを回収する熱分解方法を提供できる。

本発明によれば、アルミ蒸着フィルムを含む廃プラスチックを熱分解した後の熱分解残渣を吸着材などへの応用に活用することができ、また、廃プラスチックに混入していたアルミ蒸着フィルムのアルミを回収することができる廃プラスチックの熱分解装置および廃プラスチックの熱分解方法を提供することができる。

本実施例の熱分解装置の図。 本実施例の熱分解装置についての詳細な図。 廃プラスチック熱分解時の塩素水素ガス濃度及び消石灰による中和関する特性。 ＰＶＤＣラップの熱分解時の塩素水素ガス濃度及び消石灰による中和関する特性。 廃プラスチックの熱分解温度と熱分解特性、およびアルミ蒸着フイルムとの比較である。 実施例５での廃プラスチック熱分解装置でのアルミ蒸着フイルムのアルミ回収の説明図。 図７は、廃プラスチック熱分解残渣の元素分析のチャートであり、 図８は、廃プラスチック＋消石灰の熱分解残渣の元素分析のチャート。

本発明の実施の形態による廃プラスチックの熱分解装置は、アルミ蒸着フィルムを含む廃プラスチックの熱分解時に発生するガス量から、熱分解炉内を正圧にして無酸素雰囲気を実現しながら、熱分解温度を制御する熱分解炉と、前記廃プラスチックと消石灰とを撹拌するロータリーキルンと、前記ロータリーキルンが、前記熱分解炉の熱分解室内部に配置されていて、前記廃プラスチックと消石灰を、前記ロータリーキルンにて撹拌しながら熱分解を行うことで、前記廃プラスチックに混入するPVC及びPVDCから発生する塩化水素ガスと消石灰の反応を促進し、塩化水素ガスの排出を抑制しながら、塩化カルシウムを得て、前記廃プラスチックの熱分解残渣に、リサイクルが可能なアルミが残り、前記廃プラスチックの熱分解残渣から前記アルミを回収してリサイクルできることを特徴とする廃プラスチックの熱分解装置である。ここで、前記廃プラスチックの熱分解装置の熱分解炉の熱分解温度は、４５０℃〜６５０℃に設定される。

ここで、前記廃プラスチックの熱分解装置にて得られる熱分解残渣は、、BET比表面積２００m^２／g以上のメソポーラスシリカであり、吸着剤への応用が主体であるが、その他の応用も可能である。

本発明の実施の形態による廃プラスチックの熱分解方法は、アルミ蒸着フィルムを含む廃プラスチックに消石灰を加え、無酸素雰囲気中で、ロータリーキルンにて撹拌しながら外熱式で熱分解を行う熱分解炉によって、４５０℃〜６５０℃の温度で熱分解し、前記廃プラスチックから発生する塩化水素ガスを前記消石灰にて反応させ、前記廃プラスチックの熱分解残渣に、リサイクルが可能なアルミが残り、前記廃プラスチックの熱分解残渣から前記アルミを回収してリサイクルできることを特徴とする廃プラスチックの熱分解方法である。
前記廃プラスチックの熱分解方法にて得られる熱分解残渣は、BET比表面積２００m^２／g以上のメソポーラスシリカであり、吸着剤への応用が主体であるが、その他の応用も可能である。

（実施例１）
図１は、本実施例の廃プラスチック熱分解装置の図である。
図１に示すように、本実施例の廃プラスチック熱分解装置は、内部に螺旋羽と攪拌羽を配置した回転する一つのキルン２と、この一つのキルン２の内部に投入された廃棄物を含む有機物等を無酸素雰囲気の還元状態で間接加熱しつつ有機物等に蓄熱して一つのキルン２の内部全体に熱を供給する燃焼室３と、燃焼室３内に臨むバーナー等の加熱源４と、キルン２の内部に投入された有機物等に含まれる水分を燃焼室３の間接加熱によって蒸発させるようにキルン２の内部にエリア設定された乾燥部２ａと、乾燥部２ａで乾燥処理された有機物等を間接加熱分解させることで炭化させるようにキルン２の内部にエリア設定された炭化部２ｂと、を備えている。

図２は、本実施例の廃プラスチック熱分解装置についての詳細な図である。

（実施例２）
塩化水素ガス試験
廃プラスチックには、ＰＶＣやＰＶＣＤといった塩化物が含まれていることから、熱分解時には塩化水素（ＨＣｌ）ガスが発生する。塩化物熱分解時の塩化水素ガスは、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）を用い、以下の反応で軽減することができる。

Ｃａ（ＯＨ）_２＋２ＨＣｌ＝ＣａＣｌ_２＋２Ｈ_２Ｏ 式（１）

そこで、熱分解時の排気口における塩化水素ガス濃度を測定し、消石灰による中和を確認した。なお、ＣａＣｌ_２は、融雪剤としての応用が可能である。
試料
廃プラスチック等の粉砕物を２０．０ｇ（約１５０ｍＬ）、及び同資料に消石灰０．１ｇ
を添加した。
試験方法
試料をルツボ（３００ｍＬ）に入れ、ガス置換マッフル炉を用い、Ｎ_２ガス雰囲気（流量：１Ｌ／ｍｉｎ）において、５５０℃で４０分間の熱分解を行った。
ガス検知管（塩化水素検知管Ｎｏ．１４Ｍ及びＮｏ．１４Ｌ／株式会社ガステック社製）を用いて排気口中央部の塩化水素ガス濃度を５分間隔で測定した。

図３は、本実施例２での廃プラスチック熱分解時の塩素水素ガス濃度及び消石灰による中和に関する特性である。図３のごとく、廃プラスチックの熱分解時には、塩化水素ガスが発生し、消石灰を添付することで、半分程度軽減できることが確認された。塩化水素ガスと消石灰の反応においては、その接触面による影響が大きいと推定されるため、ロータリーキルン内で、適宜撹拌を加えながら熱分解を行う方式の場合は、式（１）の反応がさらによく生じ、消石灰添加による塩化水素ガス軽減効果があると考えられる。
なお、表１は、熱分解残渣量のデータである。

（実施例３）
ＰＶＣＤラップを用いた塩化水素ガス試験
ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）を主成分とする市販の食品用ラップの熱分解を行い、塩化水素ガス濃度及び消石灰による中和を確認した。
試料
市販のクレラップ（登録商標）を５．０ｇ、および同試料に消石灰を３．８ｇ添加した。
試験方法
試料をルツボ（３００ｍＬ）に入れ、ガス置換マッフル炉を用い、Ｎ_２ガス雰囲気（流量：１Ｌ／ｍｉｎ）において、５５０℃で４０分間の熱分解を行った。
ガス検知管（塩化水素検知管Ｎｏ．１４Ｍ及びＮｏ．１４Ｌ／株式会社ガステック社製）を用いて排気口中央部の塩化水素ガス濃度を５分間隔で測定した。

図４は、実施例３でのＰＶＤＣラップの熱分解時の塩素水素ガス濃度及び消石灰による中和に関する特性である。図４の通り、ＰＶＣＤラップの熱分解時に発生する塩化水素ガスは、消石灰の添加により一定程度中和されていることが判る。熱分解時の排気口から水滴の発生も確認されており、式（１）の反応が生じていることは明らかである。実施した試験条件では、仮に消石灰が全量塩化水素ガスと反応した場合、約５．７ｇの塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）を得ることになるが、消石灰を添付した場合でも排気口から塩化水素ガスが確認されていることから、反応は一定程度に留まっていると推定される。この反応にとって重要なファクターは、消石灰の反応面積であると推察されるため、実際の運用時には、消石灰の添加量を２〜３倍程度とし、且つ、出来る限り均一に投入することが必要である。
なお、表２は、熱分解残渣量のデータである。

（実施例４）
ＦＥ−ＳＥＭによる簡易元素分析
図７は、廃プラスチック熱分解残渣の元素分析のチャートであり、
表３は、廃プラスチック熱分解残渣の簡易元素分析結果の表である。
図８は、廃プラスチック＋消石灰の熱分解残渣の元素分析のチャートであり、
表４は、廃プラスチック＋消石灰の熱分解残渣の簡易元素分析結果の表である。
表３、表４に示す分析結果より、熱分解残渣の主成分は、Ｓｉ及びＭｇの酸化物であることが推察される。

（実施例５）
アルミの回収
図５は廃プラスチックの熱分解温度と熱分解特性、およびアルミ蒸着フイルム（融点６６０℃）との比較である。図５より、廃プラスチック（ＰＶＣ、ＰＶＣＤ等）は、温度４００℃〜５００℃にて、大部分が、熱分解されることが判る。一方、廃プラスチックには、アルミが蒸着されたフイルム等が含まれる。前記アルミが蒸着されたフイルムにおけるアルミは、融点が６６０℃であるので、前記融点６６０℃以下の条件に、熱分解温度が保持されれば、アルミ蒸着フイルムでのアルミは、素材のままで残ることとなり、回収が可能である。

図６は、実施例５での廃プラスチック熱分解装置でのアルミ蒸着フイルムのアルミ回収の説明図である。熱分解物は、シリカ成分、アルミ箔、塩化カルシウムとなる。ここで、前記シリカ成分は、吸着剤などへの応用が可能である。前記アルミ箔は、アルミの再生にて、アルミを抽出する。前記塩化カルシウムは、融雪剤などへの応用が可能である。

（実施例６） 熱分解残渣中のシリカが、比表面積２００m^２／g以上のメソポーラスシリカであり、吸着剤などへの応用が可能であることを、以下の実験により確認した。試料 アルミ蒸着フィルムを含む廃プラスチック熱分解物熱分解方法 ガス置換マッフル炉を用い、窒素ガス雰囲気下（1 L/min.）で以下の条件で熱分解を行った。 ●熱分解温度５５０℃-４０min.保持（消石灰添加） ●熱分解温度７００℃-４０min.保持比表面積測定 比表面積測定装置（株式会社日本ベル社製・BELSORP-miniII,写真1）を用い、BET法によって比表面積を測定した。測定条件は以下の通りである。 ●前処理：BELSORP-vacIIにて、真空２００ ℃で４hr. ●使用ガス：窒素（純度：９９．９９９９ %）、ヘリウム（純度：９９．９９９９ %） ●吸着平衡時間：３００sec.表５に、比表面積測定結果を示す。

当廃プラ熱分解物のBET比表面積は、熱分解温度５５０℃（消石灰添加）で２５９．７ m²/g、熱分解温度７００℃で２８７．８ m²/gにも達しており、本試料は充分に消臭剤等に利用可能なポテンシャルを有すると判断される。
表５より、吸着等温線の形状はI型及びII型であることから、ミクロ孔（φ：２ nm以下）が発達した炭化物と金属酸化物（シリカ）の複合物であると推察される。また、消石灰を添加した温度５５０℃の熱分解物の吸着等温線の形状は一部IV型の傾向が見られ、これはメソ孔（φ：２nm≦φ≦５０nm）が発達した試料であることが伺える。

本発明によれば、アルミ蒸着フィルムを含む廃プラスチックを熱分解した後の熱分解残渣を活用することができ、また、廃プラスチックに混入していたアルミ蒸着フィルムのアルミも回収することができる廃プラスチックの熱分解装置および廃プラスチックの熱分解方法を提供することができ、産業の活性化、および廃プラスチックに関する環境の改善に寄与する。

２…キルン
２ａ 乾燥部
２ｂ 炭化部
２ｄ 蓄熱部
２ｃ 内部空間
２in 入口
２out 出口
３…燃焼室
３ａ…排気管
４…加熱源
５…配管部
６…冷却部
７…脱臭部
８…乾留ガス回収部
９…補助加熱源
１０…蒸気煙経路
１１…油化部
１２…配水管
１３…ファン
１４…ホッパ
１５…原料供給配管
１６…供給スクリュー
１７…第２排出配管
１８…冷却装置
１９…接続管（下流側排ガス管）
２０…搬送スクリュー
２１…搬送スクリュー
２２…蒸気抜きパイプ（上流側排ガス管）
２２ａ 上流側排ガス管上管
２２b 上流側排ガス管下管
２３ 煙突部
２４ 循環管
２５ ガス抜きパイプ
３０ 接続部
６０ 回収部
Ｐ 投入素材
Ｑ 熱分解物

Claims (5)

1. アルミ蒸着フィルムを含む廃プラスチックの熱分解時に発生するガス量から、熱分解炉内を正圧にして無酸素雰囲気を実現しながら、熱分解温度を制御する熱分解炉と、前記廃プラスチックと消石灰とを撹拌するロータリーキルンと、前記ロータリーキルンが、前記熱分解炉の熱分解室内部に配置されていて、前記廃プラスチックと消石灰を、前記ロータリーキルンにて撹拌しながら熱分解を行うことで、前記廃プラスチックに混入するＰＶＣ及びＰＶＤＣから発生する塩化水素ガスと消石灰の反応を促進し、塩化水素ガスの排出を抑制しながら、塩化カルシウムを得て、前記廃プラスチックの熱分解残渣に、リサイクルが可能なアルミが残り、前記廃プラスチックの熱分解残渣から前記アルミを回収してリサイクルできる廃プラスチックの熱分解装置であり、 前記廃プラスチックの熱分解装置にて得られる熱分解残渣中のシリカが、ＢＥＴ比表面積２００ｍ^２／ｇ以上のメソポーラスシリカであり、吸着剤への応用が可能である廃プラスチックの熱分解装置。
2. 前記廃プラスチックの熱分解装置の熱分解炉の熱分解温度は、４５０℃〜６５０℃に設定されたことを特徴とする請求項１記載の廃プラスチックの熱分解装置。
3. アルミ蒸着フィルムを含む廃プラスチックに消石灰を加え、無酸素雰囲気中で、ロータリーキルンにて撹拌しながら外熱式で熱分解を行う熱分解炉によって、４５０℃〜６５０℃の温度で熱分解し、前記廃プラスチックから発生する塩化水素ガスを、前記消石灰にて反応させて吸収し、前記廃プラスチックの熱分解残渣に、リサイクルが可能なアルミが残り、前記廃プラスチックの熱分解残渣から前記アルミを回収してリサイクルできる廃プラスチックの熱分解方法であり、 前記廃プラスチックの熱分解方法にて得られる熱分解残渣中のシリカが、ＢＥＴ比表面積２００ｍ^２／ｇ以上のメソポーラスシリカである廃プラスチックの熱分解方法。
4. アルミ蒸着フィルムの熱分解残渣であり、熱分解残渣中のシリカが、ＢＥＴ比表面積２００ｍ^２／ｇ以上のメソポーラスシリカである廃プラスチックの熱分解残渣。
5. 請求項４記載の熱分解残渣を用いた吸着剤。

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