JPH09263774A - 廃プラスチック油化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】蒸留塔と冷却器により無水フタル酸を分離、濃
縮し回収することができ、配管閉塞を防止することかで
き、従って油化装置全体の寿命を延ばすことを目的とす
る。 【解決手段】可塑剤と、ハロゲン化物と、廃プラスチッ
クとを含む原料を熱分解したあと冷却して蒸留から得た
油を得る手段と、比較的重質の油を更に冷却して可塑剤
の分解物を分離する手段を具備する廃プラスチック油化
装置及びこの装置の手順に従って油化製造プロセスを経
る方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃プラスチック油
化装置および油化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックは石油から作られている
が、プラスチック油化は、使用目的を終了したプラスチ
ックを元の油またはそれに近い物に戻す事を目指してい
る。プラスチック油化技術は、オイルショックの時代に
プラスチックから石油を取り出し、エネルギー需要の一
部を支えることを目標に開発が盛んに行われた技術であ
る。しかし、エネルギーショックが沈静化すると同じく
してコスト的な観点から企業での事業として採算が得れ
なくなり、その研究も衰退化していった。

【０００３】状況が変化してきて、環境問題の重要性が
指摘されているなか、埋立て地の敷地の確保の限界が問
題となり、使い捨てで消費していくことが正当化される
事が過去となった状況でプラスチックのリサイクルが見
直され、プラスチックの油化技術が再び脚光を浴びてい
る。

【０００４】従来のプラスチック油化装置は、図１に示
すごとく廃プラスチックを適度の大きさに揃える破砕機
１と、破砕した廃プラスチックを熱分解槽に投入するた
めのエクストルーダ２と、投入された廃プラスチックを
熱分解するための熱分解炉３と熱分解したガスを液化す
るための凝縮器６、７、８と油を回収するためのタンク
９、１０、１１という構成であった。

【０００５】現在完成している廃プラスチック油化装置
のほとんどは基本的にはポリ塩化ビニールを除くポリオ
レフィンを油化することが可能な装置であるが、一般廃
棄物中の廃プラスチック油化を目指し、ＰＶＣの分別の
必要がない油化装置を目標にすえ改良しているという現
状である。

【０００６】しかし、１０％程度の比較的少量のＰＶＣ
が混入した油化装置は、現状でもなんとか油化も可能で
あるが、高い割合でＰＶＣが混合していると油化が極め
て困難になる。その理由として挙げられる項目は、油化
行程中に高濃度の塩化水素ガスの発生、残さの発生等の
問題があるが、これと同じく検討の必要な重要な項目と
してＰＶＣ中に含有している可塑剤等の添加剤の問題を
挙げることができる。

【０００７】ＰＶＣ含有混合廃プラスチック中のＰＶＣ
の混入率が増加してくるとＰＶＣ中に含有していた可塑
剤（例えばＤＯＰ）の影響が強くなってくる。可塑剤は
高温で熱分解してしまうが、ＰＶＣ中に含有されている
可塑剤も油化工程中に熱分解反応をしてしまう。そし
て、無水フタル酸等の生成物が発生するが、これは融点
が高く固化しやすい性質をもっている。配管内壁に付着
して最悪の条件では配管の閉塞等を引き起こす。これは
正常な運転を困難にしてしまう問題を秘めており、廃プ
ラスチック中のＰＶＣの混入率が増加した時に正常な油
化作業の維持を困難にしていた。

【０００８】また、別の観点から見たＰＶＣ混入の廃プ
ラスチックを油化するときの問題として、ＰＶＣを昇温
していくと脱塩化水素反応に伴って油の色が黒色化しポ
リエンに変化するが、これを油化し、従来型の凝縮器で
油の液化をすると生成された油の引火点が低い、沸点の
高い成分と低い成分の分離が悪いため油の色が真っ黒く
なり油の品質が低下する、カ゛ソリンエンシ゛ンの燃料として使用
するときオクタン価が低すぎて使用できない、灯油ストーフ゛ の
燃料として使用すると軽質分が多いため引火性が高く火
炎が燃料タンク への逆火する、セタン 価が低い、油中の灰分
が多い等の多くの問題があた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の油化装置では、
無水フタル酸等の生成物が発生するが、これは融点が高
く固化しやすい性質をもっている。従って、配管内壁に
付着して最悪の条件では配管の閉塞等を引き起こす。こ
れは正常な運転を困難にしてしまう問題を秘めており、
廃プラスチック中のＰＶＣの混入率が増加した時に正常
な油化作業の維持を困難にしていた。

【００１０】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、配管内壁へ無水フタル酸等の生成物の付着を防止
し、長時間の使用に耐える廃プラスチック油化装置及び
油化方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、可塑剤と、ハロゲン化物と、廃
プラスチックとを含む原料を熱分解して油を回収する蒸
留手段を有する廃プラスチック油化装置において、熱分
解した気体或いは液体から前記可塑剤の分解物を分離す
るための冷却手段を具備する事を特徴とす廃プラスチッ
ク油化装置を提供するものである。

【００１２】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、前記蒸留手段は、メインタワーとストリッパーとを
具備するか、又は、複数の蒸留塔を具備する事を特徴と
す廃プラスチック油化装置を提供するものである。

【００１３】また、請求項３の発明は、前記蒸留の内部
の一部又は全体にゼオライト、活性アルミナ、シリカ、
活性炭等の軽質化するための触媒を具備する事を特徴と
する廃プラスチック油化装置を提供するものである。

【００１４】更に、請求項４の発明は、前記蒸留の内部
へ水素、飽和炭化水素ガス等のオレフィンを飽和化させ
る物質と、飽和化反応を促進するためのＮｉ等の触媒を
具備する事を特徴とする廃プラスチック油化装置を定期
要するものである。

【００１５】また、請求項５の発明は、可塑剤と、ハロ
ゲン化物と、廃プラスチックとを含む原料を熱分解して
第１の気体にする工程と、前記第１の気体を冷却して第
１の油にする工程と、この第１の油のうち比較的重質の
油を再加熱した後冷却して前記可塑剤の分解物を分離す
る工程とを具備する事を特徴とす廃プラスチック油化方
法を提供するものである。ここで、ハロゲン化物には、
高分子ハロゲン化物を含む。

【００１６】

【発明の実施の形態】可塑剤例えば塩化ビニールは添加
剤を混ぜる事によりパラエティに富む物性を示す。ポリ
塩化ビニールに用いられる可塑剤にはフタル酸系のＤＯ
Ｐ，ＤＢＰ，ＤＨＰ，ＤＩＤＰ等があり、フタル酸系以
外に脂肪酸系、リン酸系、アジピン酸系、ポリエステル
系、エポキシ系等あるが、これらの中でポリ塩化ビニー
ルとの相溶性に優れておりポリ塩化ビニールに配合され
ている量が多いのはＤＯＰである。これを考慮し以下の
実施例を含む説明では使用頻度が最も多いＤＯＰを中心
に説明していく。

【００１７】ポリ塩化ビニールに添加しているＤＯＰは
油化プロセス中に無水フタル酸に分解する。無水フタル
酸の沸点は２８５℃で、融点は１３２℃であるが、これ
を通常使われている凝縮器で設定温度を２８５℃以下に
して分離、回収しようとしても分離能力が劣っているた
めに、設定した温度では完全に取り去る事ができない。
そのため、下段の凝縮器に取り除き切れなかった無水フ
タル酸が約１３２℃以下で露結し、最悪のケースでは管
の閉塞に陥ったりする。その他、途中の配管内壁やタン
ク底に凝固して貯まってしまい配管の閉塞、油回収の困
難、メンテナンスの頻発を招くこともしばしば生じ、対
策の必要があった。

【００１８】この問題を解決するために、ＰＶＣ混合廃
プラスチックの油化の時に生じる無水フタル酸等の可塑
剤の分解物が装置内部に蓄積して、運転に支障が生じな
いよう、分離回収できるように、蒸留塔にその仕組みを
組み込んだのが本発明である。

【００１９】その手法は、ポリ塩化ビニールが混入して
いる廃プラスチックを在る適当な大きさに破砕してエク
ストルーダに投入する。エクストルーダは連続的にポリ
塩化ビニール混合廃プラスチックを熱分解槽の中へ投入
していく。熱分解槽に投入された廃プラスチックは加熱
されて、熱分解し低分子化して揮発、ガス化する。熱分
解槽で発生した低分子化されたガスを冷却しないように
保温剤で断熱効果を高めた配管を通して加熱炉で若干加
熱された後蒸留塔へそそぎ込まれる。蒸留塔で精密に沸
点分離され無水フタル酸は濃縮され、その後無水フタル
酸の凝固点が高いことを利用してプラスチックを油化し
た油と分離して回収する。凝縮器のように分離能力が劣
悪でないために、下段に無水フタル酸が析出し管閉塞の
危険に遭遇することを回避できる。

【００２０】また、特に廃プラスチックの処分方法、有
効利用法として廃プラスチック油化を行うとき、油化に
より廃プラスチックはなくなり処分の目的は達成される
が、その代わりに油が生成される。廃プラスチック油化
を行った事業所等でこの油が有効に活用できる設備や能
力があったのなら生成された油は有効に活用されること
になり問題はないが、このような設備がないときには、
油という不要物が生成されることになりかねない。これ
を回避するため廃プラスチック油化装置を使用する事業
主の状況、必要に応じて、生成された油が有効に活用さ
れやすくなるように油の性状がコントロールされること
が、必要になってくる。

【００２１】蒸留塔では油の沸点に応じて軽い成分は上
に重たい成分は下に分布し、沸点に応じてそれが存在す
る高さが違ってくる。例えば、重たい成分、具体的には
重油相当成分以上の重質成分はいらないとすると、重油
相当油が貯まっている高さのところへ油を熱分解させる
触媒（例えばゼオライト）を置くと、それよりも重質油
成分は熱分解して軽質化され、重質油成分の油化装置で
の生成を抑制する事ができる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
ただし、以下に示す実施例は、本発明を具体化するため
の技術思想を説明する目的で例示したのもであり、本発
明は下記の構造に限定されるものではない。

【００２３】（実施例１）本実施例で説明する装置は、
主要な装置構成を図２で示し、また全体の装置構成を図
３に示した。

【００２４】先ず、図２であるが、１は精密蒸留をおこ
なうためのメインタワーでこれで熱分解したガスを沸点
別に分離する主な役割をこなす。図示していないが前段
に接続された熱分解槽で熱分解したガスは、フィード２
から精密蒸留塔であるメインタワー１に入り、重質成分
は下に降り塔底から抜き出され一部はリボイラー４で温
め直しメイタワー１のサイドからそそぎ込まれ環流さ
れ、また一部は熱交換器５ー４を通過した後に塔底残油
として取り出される。一方、軽質成分はメインタワー１
を上昇して中間の灯油、軽質軽油、重質軽油に相当する
位置に留出油抜き出し口６ー１、６ー２、６ー３から取
り出される。但し、ここから取り出される油はこのまま
では軽質分が混入しているのでストリパー７に送り軽質
分だけをカットしてメインタワー１に戻し、軽質分が除
去された残りの油は取り出すす。灯油相当油と軽質軽油
相当油は熱交換器５−１，５−２で熱交換した後抜き出
し、さらに重質軽油相当油は可塑剤分解物が混ざってい
るので冷却器８でこれを分離し、可塑剤の分解物が除去
された油は熱交換器５ー３を通して取り出す。分離され
た可塑剤分解物は可塑剤分解物貯蔵タンク９に送る。塔
頂１０から出てくるガスは凝縮させた後環流器１１で一
部はメインタワーに環流し、残りは軽質ガソリン相当
油、有機ガスとして回収する。蒸留塔内部で熱が過剰に
ならないように、蒸留塔のサイドから油蒸気を一部取り
出し冷却で凝縮させた後蒸留塔のもどす様になっている
（１２−１，１２−２）。以上が装置主要部分の構成で
ある。

【００２５】つぎに、廃プラスチック油化装置の全体構
成を図３に沿って説明する。２０は廃プラスチックを細
かく刻んで練り状或いは粉状等にして熱分解槽２１に投
入するためのエクストルーダである。勿論、エクストル
ーダ以外であっても図１に示した粉砕器から直接熱分解
槽２１に投入しても良い。熱分解槽２１は加熱炉２２で
温められた熱媒体が流れている循環配管２３により投入
されたプラスチックを温める事ができるようになってい
る。２４は図１で示した熱分解ガスを凝縮させる蒸留装
置で熱分解槽で熱分解されたガスは蒸留塔２４（図１全
体の装置構成を蒸留塔と称する）に流れ込み、ガソリン
相当、灯油相当、軽軽油相当、重質軽油油相当にそれぞ
れカット温度を１４０℃、２２０℃、２７０℃、３３０
℃に設定し分留し、無水フタル酸の沸点が２８５℃なの
でこれは重質軽油相当油の中に混じって出てき、また、
無水フタル酸の融点が１３２℃なのでこの軽油相当油を
この温度以上に保ち無水フタル酸分離用の装置である冷
却器８に送り無水フタル酸を取り除き重質軽油相当油貯
蔵用タンク２７にため、無水フタル酸は無水フタル酸貯
蔵用タンク２８にため、ガソリン相当油、灯油相当油、
軽質軽油相当油、残油はそれぞれ、図示しないがカソリ
ン相当油貯蔵タンク、灯油相当油貯蔵タンク２５、軽質
軽油相当油貯蔵タンク２６にため、残油は残油貯蔵タン
ク２９に貯めた。塔頂から出てくる低分子ガスは排ガス
処理器３０で処理した。熱分解槽２１と蒸留塔２４の間
と蒸留塔と冷却器８との間は保温材を巻いた配管３１で
接続している。また、メイタワー１内には、図１にも示
したが、図６に示したような、穴の空いた円盤状の回転
部材６０と同じく同心円上の細長い穴の空いた固定部材
６１が重ねた構造のユニットが、複数段メイタワー１内
を仕切るように形成されている。そして、この複数の回
転部材６０をつないで回転軸６２で回転できるようにな
っている。

【００２６】また、上述した装置の中で冷却器８の構造
の詳細を示したのが図４である。ここでは、軽油相当油
が５１から冷却器８に入り管路５２を経由して排出口５
３から出る様になっている。また、軽油相当油の流れと
対向する方向にループ状フィルター５４が配管の中をぐ
るぐる回り循環しており、フィルター５４は冷却装置５
５で冷やされた後に管路５２の位置で軽油相当油がら熱
を受け取りながら循環しており、フィルター５４により
冷却された重質軽油相当油からは無水フタル酸が析出し
てくる。これはフィルター５４にトラップされ軽油相当
油の上流方向に移動し加熱装置５６で加熱されフィルタ
ー５４にトッラップされていた無水フタル酸が、溶解し
無水フタル酸貯蔵用タンク２８に溜まり貯蔵される。図
示していないがループ状フィルター５４を循環させるた
めの駆動用のローラーを設けることもできる。

【００２７】まとめると、結果として５１から入る軽油
相当油は５２でフィルター５４に冷却され無水フタル酸
を析出した後、油中から無水フタル酸が取り出された状
態で５３から出力されることになる。

【００２８】また、ここでは特に図示していないが、蒸
留塔の前段にサイクロン、電気集塵器等の微粒固形物を
除去する除去装置を具備している。以上の構成の廃プラ
スチック油化装置を使用して以下の条件で油化を行っ
た。

【００２９】塔頂の温度を３０℃に、またリボイラ４の
温度を３５０℃に設定し、メインタワー１を常圧、理論
段数１５段の蒸留塔にした。更に、原料は、ポリプロピ
レンが５０％、ポリ塩化ビニールが５０％の割合で混合
している廃プラスチックを使用した。

【００３０】油化後の結果は、油（DOP 含む）が５８．
４％、低分子ガスが７．５％、ＨＣｌが１９．１％残さ
が１５％の割合で回収された。この際、２２００時間以
上の長期間使用しても無水フタル酸の堆積によるトラブ
ルが発生することなく、安定的動作し、黒色化していな
い透明で引火点が高い高品質な油を得ることができた。

【００３１】各留分から出てきた油の比率は、ガソリン
相当が２９％、灯油相当が２３％で重油相当（蒸留残
油）が２１％であり、軽油相当が２７％であり、軽油相
当は冷却器８で無水フタル酸が除去され２７％の内１１
％分が除去され１６％が軽油相当貯蔵用タンク２７に貯
蔵される。

【００３２】これに対して、図１で示した従来構造の装
置では、同一の材料をしよう下場合、２０時間程度で無
水フタル酸の堆積が生じ、１００時間目に配管の閉塞と
いう重大な問題が発生した。

【００３３】以上のような改善を施し次のような効果が
あった。ポリ塩化ビニール中に含有しているＤＯＰ等の
可塑剤は油化行程で熱分解し無水フタル酸になり配管の
内壁への付着、管閉塞等の問題や、回収油中の混入等に
よる悪影響を引き起こし、ポリ塩化ビニールが混入する
廃プラスチックの油化を困難にしていたが、蒸留塔と冷
却器により無水フタル酸を分離、濃縮し回収することが
でき、配管閉塞等の問題点を解決した。また、得られる
油は、透明な引火点が低くない高品質な油を得ることが
できた。

【００３４】また、蒸留塔の中に熱分解触媒を存在させ
ることで、油使用者が望む油質の生成を生産することが
でき、例えば、３３０℃以上の重油成分の油が欲しくな
い時は蒸留塔で沸点が３３０℃以上の重質油が溜まって
いる場所にゼオライトを設置して重質油を低分子化する
と沸点３３０℃以上の重質油は生成されなく、軽油成分
だけ生成するなどの自由なコンドロールが可能になる。

【００３５】加えて、蒸留塔内へアルカン化触媒と水素
ガスや飽和有機ガスを添加してオレフィンの飽和化を行
うことで、油の経時特性が安定した、粘着性樹脂のガム
成分や重合物を生じにくい良質の油を得る事ができる。

【００３６】（実施例２）廃プラスチック油化をすると
廃プラから油が生成されるが、装置の所有者によっては
重質成分は欲しくない者も当然いる。重質油成分が生成
されない油化装置及び方法の実施の例を以下に示す。

【００３７】例えば沸点３３０℃以上の重質油成分をカ
ットしたい場合は、図５に示す通り、充填物型精密蒸留
塔（棚段式蒸留塔でも良い）のメインタワーの塔内温度
が３３０℃である面Ａ−Ａで示す位置より下に熱分解用
触媒１０１を充填物１００と共に詰める。この熱分解用
触媒１０１を蒸留塔に詰めた以外は実施例１と同じ構成
で油化装置で油化を行う装置である。以下の実施例の説
明では、実施例１と同一の構成の詳細な説明を省略す
る。

【００３８】また、一般にこの装置では、生成される油
の沸点分布に対して在る任意の沸点以上の油が必要ない
ときに、蒸留塔のその沸点温度に対応する高さ（Ａ−
Ａ）より低い位置に、充填物と共に例えばゼオライト等
の熱分解触媒を充填すると、選択的に重質油を熱分解す
る事ができる。ゼオライト以外の油を軽質化するための
触媒として、活性炭、活性アルミナ、シリカ等を挙げる
ことができる。これによると、軽質成分を熱分解しない
ので従来ゼオライトにより多数発生していた低分子ガス
の生成を抑制できる。結果を以下の表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】ゼオライトを使用していない実施例１では
重油相当油が１８．６％生成したが、ゼオライトを使用
したらこれがゼロに減少した。比較例として、蒸留塔を
使用せず、熱分解槽よりでてきた油蒸気を直接ゼオライ
トが充填されたカラムに通しその後凝縮器で各相当油に
分けた比較の実験（比較例１）では実施例２と同じ様に
重油相当油はゼロであるが、ガス成分は３４％も発生し
た。重油相当油をなくし、且つ、ガス成分があまり増加
しない実施例２のメリットが良く解る。その他の効果に
ついては、実施例１と同様である。

【００４１】（実施例３）図６に示す通り、充填物型精
密蒸留塔のメインタワー１の塔内の全体にアルカン化触
媒１０２を充填物１００と共に詰めた以外は実施例１と
同じ構成の油化装置で油化を行う様にしたものである。

【００４２】プラスチックを熱分解して生成した油は二
重結合を含むオレフィン系の油が主成分である。そのた
めタンク等に入れて保管すると重合反応や酸化反応が進
み、油中のガム質成分が増加してくる。この油の性質を
改質するたのメインタワー１の下部１０３から水素、飽
和有機ガスのメタン等の水素源を流し、二重結合の飽和
化を行った。図６に示す通り、メインタワー１の下部１
０３からメタン（塔頂がら発生した飽和有機ガスを利用
しても良い）または、水素を流し、又蒸留塔内部に充填
剤と飽和化反応を促進するための触媒（Ｎｉ）を同時に
混ぜ入れたことを除いては実施例１と同一の条件にて油
化を行うことができる。結果は、以下の表３に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】アルカン化触媒を充填したものは油のほとんど
がパラフィン（飽和炭化水素）になり、酸化安定度は市
販のガソリンと同等の品質を確保することができた。そ
の他の効果については、実施例１と同様である。

【００４５】

【発明の効果】蒸留塔と冷却器により無水フタル酸を分
離、濃縮し回収することができ、配管閉塞を防止するこ
とかでき、従って油化装置全体の寿命を延ばすことが可
能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の廃プラスチック油化装置を示す図。

【図２】 本発明の実施例１の主要部を示す断面図。

【図３】 本発明の実施例１の全体構成を説明する図。

【図４】 本発明の実施例１の主要部を示す断面図。

【図５】 本発明の実施例２の主要部を示す断面図。

【図６】 本発明の実施例３の主要部を示す断面図。

【図７】 本発明の実施例１の主要部を説明する図。

【符号の説明】

１ メインタワー ２ フィード ４ リボイラー ５−１，５−２，５ー３，５ー４ 熱交換器 ６ー１，６ー２，６ー３留 出油抜き出し口 ７ ストリパー ８ 冷却器 ９ 可塑剤分解物貯蔵タンク １０ 塔頂 １１ 環流器 １２ー１，１２ー２管路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可塑剤と、ハロゲン化物と、廃プラスチッ
   クとを含む原料を熱分解して油を回収する蒸留手段を有
   する廃プラスチック油化装置において、熱分解した気体
   或いは液体から前記可塑剤の分解物を分離するための冷
   却手段を具備する事を特徴とする廃プラスチック油化装
   置。
2. 【請求項２】前記蒸留手段が、メインタワーとストリッ
   パーとを具備するか又は、複数の蒸留塔を具備する事を
   特徴とす請求項１に記載の廃プラスチック油化装置。
3. 【請求項３】前記蒸留塔の内部の一部又は、全体にゼオ
   ライト、活性アルミナ、シリカ、活性炭等の前記油を軽
   質化するための触媒を具備する事を特徴とする請求項１
   に記載の廃プラスチック油化装置。
4. 【請求項４】前記蒸留塔の内部へ水素、飽和炭化水素ガ
   ス等のオレフィンを飽和化させる物質と、飽和化反応を
   促進するためのＮｉ等の触媒を具備する事を特徴とする
   請求項１に記載の廃プラスチック油化装置。
5. 【請求項５】可塑剤と、ハロゲン化物と、廃プラスチッ
   クとを含む原料を熱分解して第１の気体にする工程と、
   前記第１の気体を冷却して第１の油にする工程と、この
   第１の油を更に冷却して前記可塑剤の分解物を分離する
   工程とを具備する事を特徴とする廃プラスチック油化方
   法。