JP6704745B2 - ポリブテン樹脂の廃棄処分方法、廃棄処分装置及び生成油 - Google Patents

Description

本発明は、ポリブテン管、ポリブテン板等のポリブテン樹脂の使用後の廃棄処分方法、廃棄処分装置としての油化廃棄処分装置及びこの装置によって生成された生成油に関する。

比較的歴史の浅い合成樹脂としてポリブテン管の原料となるポリブデン樹脂（ＰＢ）があるが、この樹脂は１−ブテンを重合することにより製造され、配管材料となり得るポリエチレン（ＰＥ）と同じポリオレフィン系の樹脂である。

前記ポリブテン管は、その優れた内圧強度、優れた施工性のため、ビル、建物内の給水、給湯、冷暖房配管等に広く使用されているが、現在使用初めから長年経過し、耐用年数が経過して交換時期に至っているものが多く、各企業はその廃棄処分方法について考慮している。

ポリブテンが熱分解してガス化されることは特許第３５３６１１号[００１９]に開示され、攪拌機を備えておらず温度コントロールによって溶融プラスチックをガス化させる油化装置については、ＷＯ２０１３／０５８３６６号に開示され、パラフィンワックス状溶融物を加熱するために複数のヒータを溶融物内に配置することが特開２００８−２３９８３８号に開示されている。

特許第３５３６１１号 ＷＯ２０１３／０５８３６６号 特開２００８−２３９８３８号

一般に、合成樹脂の廃棄方法としては、焼却、埋設等が考えられており、また、ポリブテンはポリオレフィン系の樹脂であるため油化も考えられるが、油化に適切な樹脂であるか、又はどのような油化方法が適切かは不明である。

すなわち、ポリブテン樹脂は、分子量が１２０万と非常に大きく、耐熱性、クリープ特性に優れ、分子構造としては、側鎖に大きなエチル基を持つらせん構造をしており、他の配管材料たり得るポリエチレンと比較して大きくその性質が異なるので、油化に適切かは不明であり、特許文献１では、単に熱分解可能としか開示していない。

また、特許文献２では、蒸発釜内の周囲を面状ヒータで均一に加熱して釜内のプラスチック液面を４００℃〜４１０℃にコントロールすることが開示されているのみで、確実な対流を生じさせる手段については開示されておらず、特許文献３では、ヒータが２個設けられてはいるが、対流を生じさせる配置については何ら開示されていない。

本発明のポリブテン樹脂の廃棄処分方法は、ポリブテン樹脂を加熱釜内に供給し、前記ポリブテン樹脂を溶融させて液状とした液状ポリブテンが加熱釜内で対流するように前記加熱釜の底部付近の液状ポリブテンの下部温度が液状ポリブテンの液面近くの上部温度より高くなるように温度コントロールしつつ前記液状ポリブテンを加熱して気化させてポリブテンガスとし、前記ポリブテンガスを凝縮して液化し生成油として廃棄処分するようにした。

更に、前記生成油をその流動点がマイナス温度となるように生成し、前記生成油を軽油又は重油の代替燃料として使用することが好ましい。

更にまた、前記加熱釜に配設される上部ヒータ及び前記上部ヒータより下の位置において前記加熱釜に配設される下部ヒータにより前記液状ポリブテンを加熱してポリブテンガスとすることが好ましい。

更にまた、前記下部温度を３８０℃〜４００℃に温度コントロールすることが好ましい。

更にまた、ポリブテン樹脂を押出機に供給してゲル状のポリブテンとし、このゲル状ポリブテンを加熱された保留容器内で液状とし、この液状ポリブテンを加熱釜内に供給することが好ましい。

本発明のポリブテン樹脂の廃棄処分装置は、加熱釜とこの加熱釜内に供給されるポリブテン樹脂が液化されてなる液状ポリブテンが上下方向に対流するように加熱釜に配設されるヒータと、前記加熱釜の底部付近の液状ポリブテンの下部温度を検出する下部温度センサーと、前記加熱釜の液面近傍の上部温度を検出する上部温度センサーと、前記加熱釜内で生成されたポリブテンガスを凝縮させて液体とする凝縮器とを備えている。

更に、破砕されたポリブテン樹脂をゲル状のポリブテンとする押出機と、前記ゲル状のポリブテンを受けて加熱しつつ液状で保留する保留容器とを備え、前記加熱釜は、前記保留容器内のゲル状のポリブテンを受けて加熱することが好ましい。

更にまた、前記加熱釜は縦型筒状体であることが好ましい。

更にまた、前記加熱釜は横型筒状体であることが好ましい。

更にまた、前記ヒータは、加熱釜の上部に配設される上部ヒータ及び前記上部ヒータよりも下の位置において前記加熱釜に配設される下部ヒータからなり、前記上部ヒータ及び前記下部ヒータはそれぞれ独立してコントロールされることが好ましい。

本発明の生成油はポリブテン樹脂を加熱釜内に供給し、前記ポリブテン樹脂を溶融させて液状とした液状ポリブテンが加熱釜内で対流するように前記液状ポリブテンを加熱してポリブテンガスとし、このポリブテンガスを凝縮して液化して生成され、５〜１０の炭素で構成される炭化水素からなり、流動点がマイナス５２．５℃以下である。

更に、蒸留特性において、初留点が５２℃で終留点が３５７．８℃であることが好ましい。

本発明のポリブテン樹脂の廃棄処理方法は、バッチ式でも連続式でも加熱分解油化により効率よく（油化率９０％以上）生成油を採集でき、軽油又は重油の代替油として有効に活用でき、無駄がなく耐用年数を過ぎたポリブテン管（板）を埋設したり焼却したりする必要がなくなる。

また、本発明のポリブテン樹脂の廃棄処分装置としての油化装置は、バッチ式でも連続式でも加熱釜内で自然対流が起きるように、ヒータと温度センサーが配設されており、特に下部温度を３８０℃〜４００℃で上部温度より高く設定すれば、運転時間も短くなり、消費電力量も少なくなり、油化率、残渣率オフガス率も向上する。

本発明に係るバッチ式のポリブテン樹脂の廃棄処分装置としての油化装置の概略構成図である。 本発明に係る連続式のポリブテン樹脂の廃棄処分装置としての油化装置の概略構成図である。 本発明に係る連続式のポリブテン樹脂の廃棄処分装置としての油化装置における加熱釜の他の例を示す概略構成図である。 本発明に係る連続式のポリブテン樹脂の廃棄処分装置としての油化装置における加熱釜の更に他の例を示す概略構成図である。 ３種類のプラスチックから得られた生成油とガソリン、軽油との蒸留曲線図である。 ポリブテンの生成油の生成油量と消費電力量の相関関係図である。 下部温度３７０℃のときの生成油量と消費電力量（時間値）の相関関係図である。 下部温度３８０℃のときの生成油量と消費電力量（時間値）の相関関係図である。 下部温度３９０℃のときの生成油量と消費電力量（時間値）の相関関係図である。 下部温度３９５℃のときの生成油量と消費電力量（時間値）の相関関係図である。 下部温度３９８℃のときの生成油量と消費電力量（時間値）の相関関係図である。 下部温度４００℃のときの生成油量と消費電力量（時間値）の相関関係図である。 下部温度の温度別の生成油量と消費電力量（積算値）の相関関係曲線図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

ポリブテン樹脂が油化に適切な材料か否か確認するために図１、２、３、４に示すような油化装置Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃、Ｍ₄により油化を試みた。比較材料として配管材料となるＨＤＰＥ、シラン架橋ＰＥ、及び電子線架橋ＰＥも同時に油化して比較した。

図１において、バッチ式の油化装置Ｍ₁は、縦型筒状体の加熱釜１を備え、その加熱釜１の底部及び筒体の外周面下部はヒータｈ₁で加熱され、筒体の外周面上部はヒータｈ₂で加熱される。前記加熱釜１の上面は開閉蓋２で開閉され、この開閉蓋２内には、加熱釜１内で生成されたポリブテンガスの成分を調整するためのデミスタ３が収納されている。

前記加熱釜１内には、ポリブテン管又はポリブテン板を破砕した１〜５ｃｍ角の破砕片が開閉蓋２を開放して収納され、また、加熱釜１内には、加熱釜１の底部近傍の加熱に伴って生成した液状ポリブテンの下部温度を測定する温度センサー４が、液状ポリブテンの液近傍の上部温度を測定する温度センサー５が配設され、前記加熱釜１内で発生したポリブテンガスはデミスタ３、導出パイプ７を通って凝縮器８に送られる。ポリブテンガスは、加熱釜１内の液面から発生し、縦型筒状体の液面の面積は常に一定であり、ガス蒸発量のコントロールが容易である。前記凝縮器８はタンク内に冷却水９を貯溜したもので、前記導出パイプ７は、この冷却水９内に浸漬され、送られたポリブテンガスは冷却水によって凝縮されて液体となり冷却水上に浮上する。また、前記冷却水９上には、引抜管１０が適宜の長さ突出し、浮上した生成油は引抜管１０の高さ位置を超えた時に油タンクＴａに引抜かれるようになっている。

次に、連続式の油化装置Ｍ₂、Ｍ₃、Ｍ₄について図２、３、４を参照して説明する。

前記連続式の油化装置Ｍ₂は、ポリブテン樹脂の場合、ポリブテン管又はポリブテン板を破砕する破砕機１１により破砕したものを押出機１２のホッパー１３に入れ、リードスクリュー１４により溶融ゲルとしながら押出して、加熱された保留筒（保留容器）１５で一旦貯溜し、ここで３００℃〜３５０℃に加熱されて液状化したポリブテンは筒状円筒体の加熱釜１６に送られ、この加熱釜１６で気化したポリブテン蒸気はデミスタ１７を経て凝縮器１８に入り、この凝縮器１８には冷却水が供給されてポリブテン蒸気はここで凝縮され液化して油タンク１９に収納される。なお、油タンク１９のオフガスは、オフガス処理器２０により処理されて大気解放される。前記加熱釜１６の外周面、底面は下部、上部の面状ヒータｈ₃、ｈ₄により加熱され、それぞれのヒータｈ₃、ｈ₄はコントローラＣにより独立に温度コントロールされる。これらヒータｈ₃、ｈ₄のコントロールによって、加熱釜１６内に供給されたポリブテン液は、その下部（加熱釜６の底面近傍）に設けた下部温度センサー２１、その上部（液状近傍）に設けた上部温度センサー２２によりそれぞれ温度が検出され、これら温度センサー１２、２２は前記コントローラＣに接続されている。

前記加熱釜１６は、図３に示すような横型筒状体である逆蒲鉾形状の加熱釜３０でもよく、この場合には、ヒータは底部湾曲部に設けた下部ヒータｈ₅と上部側板部に設けた上部ヒータｈ₆に分離して設けられ、その中の底部近くの液温、液面近くの液温がそれぞれ下部温度センサー３１及び上部温度センサー３２により検出される。前記逆蒲鉾形状は、横型であるので液面の面積が増大するばかりでなく、上部側板部に位置する液面の面積は変化しないので、発生蒸気量のコントロールが容易となる。

また、加熱釜としては、図４に示すように、横型筒状体である円筒体の加熱釜４０でもよく、この場合にはヒータは底部湾曲部に設けた下部ヒータｈ₇と、
底部湾曲部を除く断面馬蹄形部に設けた上部ヒータｈ₈に分離して設けられ、その中の底部近くの液温、断面円形の垂直方向中心近くに位置する液面近傍の液温がそれぞれ下部温度センサー４１及び上部温度センサ４２に検出される。なお、横型筒状体は縦型筒状体に比較して液面の面積が増大し、ガス蒸発量が増える。

前記油化装置Ｍ₁によりＨＤＰＥ、シラン架橋ＰＥ及び電子線架橋ＰＥも油化され、それらの生成油の特徴が表１に示されている。

表１によれは、ポリブテン油の密度は灯油程度であり、引火点は低く揮発性が高いので（後述）取扱いに注意を要するが、流動点が低く（−５２．５℃以下）、極低温地域でも保温設備がなくても使用が可能である。この点は他の油には見られない大きな特徴であり、実験してみて、初めて判明したもので予想の範囲を超えている。セタン指数は他の油より低いが、ディーゼル油より高いので着火性は問題ない。また、ポリブテンの油化生成油とガソリン、軽油の蒸留曲線を図５に示すが、これによれば、初留点が５２℃と比較的低く、ガソリンの如く揮発性は高いと言え、９０％以上の留出温度は３５０℃に近いのでこの点は軽油に近似していると言え、軽油程度の発熱量であり問題ない。

なお、油化装置Ｍ₁を用いてポリブテンの生成油とＨＤＰＥ、シラン架橋ＰＥ及び電子線架橋ＰＥの比較実験を行い、その結果を表２に示すと、ポリブテンは他の油に比較して、油化率も高いし、消費電力も低く、エネルギー効率も良好で残渣、オフガス量も少ない。

すなわち、図６は、ポリブテンの生成油量と消費電力量の相関関係を示した図であり、ポリブテンは生成必要時間が短いので、消費電力量が小さいし、早い時間帯で大量の油が出る（ポリブテンは油量のピークが７５分後である。）
以上、総合するとポリブテン油化は、生成効率が良好で、他の樹脂との比較でも油化適正樹脂の最上位クラスに値するし、流動点が極めて低く（−５２．５℃）、寒冷地での使用も可能で、排ガス中の灰分、硫黄、塩素の量も極めて低く、クリーンな油であり、ポリブテンは油化に最適であると言える。

次に、ポリブテン材の生成油の場合において、加熱釜１、１６、３０、４０のポリブテン液の上部温度、下部温度を何度にすれば油化効率が良いか実験をしてみた。その結果を表３及び図７〜図１２に示す。

すなわち、８回のテストにおいて１０００ｇの破砕したポリブテンを常温で直接加熱釜１に入れ、押出機２、保留筒５は通していない。下部温度を３７０℃、３８０℃、３９０℃、３９５℃、３９８℃、４００℃、３８０℃、４２０℃と変化させ、１〜６回迄は、上部温度を一定の３８０℃となるように、下部ヒータｈ₁、上部ヒータｈ₂をコントロールした。７回目からは、上部温度を変化させ、７回目は４２０℃とし、８回目は３８０℃とした。各テストの場合の運転時間、消費電力量、生成油量、油化率、残渣率、オフガス率を測定した。下部温度が３７０℃（テスト１）のように、低い温度の場合は運転時間は長くなり、消費電力量も増え、油化率も悪くなり、これに伴って残渣率も増大する。ここで言う残渣とは、炭化物と異なり重油相当の油であり、１００℃以上で加熱することで引火し、少し黒煙を出しながら燃焼するものである。油化率が最大なのは下部温度３９８℃の場合であり、生成油量、油化率、残渣率、オフガス率を総合的に判断すると下部温度３８０℃〜４００℃が適切であり、油化率を最重要項目と考えると下部温度３９５℃〜３９８℃が最適温度と言える。

なお、各油化装置の加熱釜１、１６、３０、４０においては、攪拌機等の混合手段が設けられていないので、自然に上下方向に液状ポリブテンを対流させることが重要であり、そのためには、下部温度を上部温度より高くして温度勾配を付ける必要があり、下部で加熱された液状ポリブテンが上昇し、上部の液状ポリブテンが下降し、こうして対流を起こさせるようにコントロールされる。テスト２と３を比較すると、テスト２では、上下部の温度が３８０℃で、テスト３では、下部温度（３９０℃）が上部温度（３８０℃）より高くなっている。テスト２では十分な対流が起きず、テスト３では対流が起きており、その効果は運転時間、消費電力量、オフガス率において顕著に現われている。

また、テスト１回から６回迄の温度別の生成油量と消費電力量の相関関係を図７乃至図１２にそれぞれ示している。

これら、各図によれば、常温からの加熱当初には、消費電力が大となり、下部温度３７０℃、３８０℃（図７、８）では、長時間ダラダラと油が出ていて消費電力も大となっているが、下部温度３９０℃、３９５℃、３９８℃、４００℃（図９、１０、１１、１２）では、油が出る時間が短くなっており、図１１の下部温度３９８℃では、消費電力も少なくなっている。油量のピークは、下部温度３９８℃を除いて全て加熱後７５分となっている。同様にテスト１回から６回迄の温度別で生成油量と消費電力量（積算値）の相関関係を図１３に示している。すなわち、下部温度３７０℃、３８０℃では、消費電力が大きく、他の温度では、ほぼ同一であることが示されている。

ポリブテン管をビル、建物の配管として使用する建築業界に広く使用される。

１、１６、３０、４０…加熱釜
２…開閉蓋
４、５、２１、２２、３１、３２、４１、４２…温度センサー
８、１８…凝縮器
１５…保留筒
ｈ₁、ｈ₂…ｈ₈…ヒータ

Claims (10)

1. ポリブテン樹脂を破砕して加熱釜内に供給し、前記ポリブテン樹脂を溶融させて液状とした液状ポリブテンが加熱釜内で対流するように前記加熱釜の底部付近の液状ポリブテンの下部温度が、液状ポリブテンの液面近くの上部温度より高くなるように温度コントロールしつつ前記液状ポリブテンを加熱して気化させてポリブテンガスとし、前記ポリブテンガスを凝縮して液化し生成油として廃棄処分する、ポリブテン樹脂の廃棄処分方法であって、
   ポリブテン樹脂を押出機に供給してゲル状のポリブテンとし、このゲル状ポリブテンを加熱された保留容器内で液状とし、この液状ポリブテンを加熱釜内に供給する、ポリブテン樹脂の廃棄処分方法。
2. 前記生成油をその流動点がマイナス温度となるように生成し、前記生成油を軽油又は重油の代替燃料として使用する請求項１記載のポリブテン樹脂の廃棄処分方法。
3. 前記加熱釜に配設される上部ヒータ及び前記上部ヒータより下の位置において前記加熱釜に配設される下部ヒータにより前記液状ポリブテンを加熱してポリブテンガスとする請求項１記載のポリブテン樹脂の廃棄処分方法。
4. 前記下部温度を３８０℃〜４００℃に温度コントロールする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のポリブテン樹脂の廃棄処分方法。
5. 加熱釜と、この加熱釜内に供給されるポリブテン樹脂が液化されてなる液状ポリブテンが上下方向に対流するように加熱釜に配設されるヒータと、前記加熱釜の底部付近の液状ポリブテンの下部温度を検出する下部温度センサーと、前記加熱釜の液面近傍の上部温度を検出する上部温度センサーと、前記加熱釜内で生成されたポリブテンガスを凝縮させて液体とする凝縮器とを備えた、ポリブテン樹脂の廃棄装置であって、
   破砕されたポリブテン樹脂をゲル状のポリブテンとする押出機と、前記ゲル状のポリブテンを受けて加熱しつつ液状で保留する保留容器とを備え、前記加熱釜は、前記保留容器内の液状のポリブテンを受けて加熱する、ポリブテン樹脂の廃棄装置。
6. 前記加熱釜は縦型筒状体である請求項５記載のポリブテン樹脂の廃棄処分装置。
7. 前記加熱釜は横型筒状体である請求項５記載のポリブテン樹脂の廃棄処分装置。
8. 前記ヒータは、加熱釜の上部に配設される上部ヒータ及び前記上部ヒータよりも下の位置において前記加熱釜に配設される下部ヒータからなり、前記上部ヒータ及び前記下部ヒータはそれぞれ独立してコントロールされる請求項５記載のポリブテン樹脂の廃棄処分装置。
9. ポリブテン樹脂を加熱釜内に供給し、前記ポリブテン樹脂を溶融させて液状とした液状ポリブテンが加熱釜内で対流するように前記液状ポリブテンを加熱してポリブテンガスとし、このポリブテンを凝縮して液化して生成され、５〜１０の炭素で構成される炭化水素からなり、流動点がマイナス５２．５℃以下の生成油。
10. 蒸留特性において、初留点が５２℃で終留点が３５７．８℃である請求項９記載の生成油。

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