JPH0931473A

JPH0931473A - 廃プラスチック油化ならびに発電システム

Info

Publication number: JPH0931473A
Application number: JP18380995A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Kaneko; 朋子金子; Ryokichi Yamada; 良吉山田; Toshiaki Arato; 利昭荒戸; Hisao Yamashita; 寿生山下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1997-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】廃プラスチックから触媒を用いずに軽質な油を
回収する。【構成】本発明の廃プラスチック油化発電システムは、
熱分解槽１，還流槽２，凝縮器３，気液分離器４，貯油
槽５，ディーゼルエンジン６，発電機７から構成され
る。【効果】触媒による軽質化では得られなかったディーゼ
ル燃料としてふさわしい性状の生成油を回収することが
でき、油化システムにディーゼル発電システムとのコン
バインドが可能となる。さらに、ディーゼル発電システ
ムとのコンバインドにより、電力と熱分解用熱とが同時
に得られ、高カロリーを有する生成ガスを有効に活用で
きる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、廃プラスチックからデ
ィーゼル燃料としても利用可能な油を回収する方法およ
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大量に排出される廃プラスチック
の処理が深刻な社会問題となっている。これらの廃プラ
スチックは燃焼に伴い発生する有害ガスや、発熱量が高
いために焼却炉の寿命を短くするという問題から焼却処
理には適していないことから、直接埋立て処理されるこ
とも少なくない。しかし、特に都市域における埋立て地
の逼迫という問題に合わせて、資源の有効利用の観点か
ら廃プラスチックのリサイクルの必要性が年々高まって
きている。廃プラスチックのリサイクル方法の一つとし
て、廃プラスチックを熱分解して油化する方法がある。
しかし、廃プラスチックを熱分解しただけでは、生成油
中に高分子量の留分やワックス状物等の物質が含まれる
ため、燃料油として流動性や着火性に問題がある。その
ため、廃プラスチックを熱分解した後、さらに触媒を用
いた接触分解により分解を促進し生成油の軽質化を行っ
ている（例えば特開平3−200892 号公報，特開平3−287
694号公報参照）。触媒としては、ＺＳＭ−５やＹ型な
どゼオライトを用いるものが多い（例えば特開平2−294
92号公報，特開平3−86790号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】接触分解による廃プラ
スチック熱分解ガスの軽質化では、常温でガス状の生成
物の割合が多くなり、それに伴い、油の回収率が低下す
る。ガスは貯蔵し易さの点で油に劣るため、ガスの回収
率は出来るだけ低い方が望ましく、油の回収率を出来る
だけ高めることが課題となっている。さらに、接触分解
では処理量の増加に伴い触媒上にカーボンが析出し、軽
質化能力が低下するため、触媒の再生や交換を行う必要
があり、処理コストが増大するという問題があった。

【０００４】また、接触分解により軽質化を行った後に
回収される油は、芳香族系およびオレフィン系炭化水素
を多量に含んでおり、着火性が低く排煙濃度が高いとい
う欠点があった。

【０００５】さらに、現行の油化システムでは、回収し
た油やガスを売却するための法制度が確立しておらず、
電力等の高い高級なエネルギーを投入して回収した油や
ガスの一部を、廃プラスチックを油化するためのエネル
ギー源として消費していた。その結果、処理コストの低
減が図れないという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、第一の手段として、廃プラスチックから
の熱分解ガスを所定の温度で冷却し、該熱分解ガス中の
高沸点成分を凝縮液化させ、熱分解槽に還流させること
により繰り返し分解し、前記熱分解ガス中の液化しない
低沸点成分のみを、さらに常温で凝縮液化させ軽質油と
して回収することである。

【０００７】第二の手段として、前記軽質油をディーゼ
ルエンジンの燃料として用い、当該ディーゼルエンジン
の排ガスの保有する熱を、前記廃プラスチックの熱分解
用の熱源とすることである。

【０００８】

【作用】本発明では前述した第一の手段により、触媒を
用いずに軽質油を回収することができ低コスト化の作用
がある。また、触媒を用いた軽質化よりも軽質油の回収
率が高くなるという作用がある。さらに、当該手段によ
り軽質化を行った軽質油は、触媒により軽質化を行った
場合に比べて、着火性が高く、排煙濃度が低くなるとい
う作用がある。

【０００９】次に、回収した軽質油を発電機を接続した
ディーゼルエンジンの燃料として用いる第二の手段によ
り、廃プラスチックから電力が回収でき、廃プラスチッ
クの熱分解に必要な反応熱を当該系の外部から導入する
必要がなく、省エネルギー化，高効率化、および低コス
ト化の作用がある。

【００１０】

【実施例】以下、実施例により本発明の内容を具体的に
説明するが、本発明は本実施例に何等限定されるもので
はない。

【００１１】図１，図２は、本発明の一実施例を示す図
である。

【００１２】図１は、本発明の基本的な構成を具備した
廃プラスチック油化システムの実施例を示したものであ
る。本システムは、熱分解槽１，還流槽２，凝縮器３，
気液分離器４から構成されている。

【００１３】廃プラスチック１００は熱分解槽１に供給
され、そこで所定温度で熱分解されて分解ガス２００が
発生する。当該分解ガス２００は還流槽２へ導入され
る。該還流槽２の温度は、前記分解ガス２００の温度よ
り低く設定されている。前記分解ガス２００は還流槽２
を通過する間に冷却される。前記分解ガス２００のう
ち、凝縮液化した高沸点成分は重質油２１０となり、前
記熱分解槽１に還流され再度熱分解される。一方、還流
槽２内で凝縮液化しない低沸点ガス２２０は、凝縮器３
に導入される。凝縮器３の温度は常温に設定されてお
り、前記低沸点ガス２２０は常温まで冷却される。凝縮
器３において、凝縮液化した成分と凝縮しないガス状成
分は、いずれも気液分離器４に導入され、液状の軽質油
２４０と生成ガス２５０とに分離される。また、熱分解
残留物２３０は熱分解槽１から系外へ放出される。

【００１４】本実施例によれば、廃プラスチックの分解
ガスのうち高沸点成分は、還流槽２で液化され重質油２
１０として熱分解槽１に還流されるので、低沸点物質の
みを含む軽質油２４０を回収できる。一方、高沸点成分
は、熱分解槽１と還流槽２の間を還流することにより、
順次分解され、低沸点物質となり回収される。

【００１５】さらに、本実施例においては、還流槽２の
温度条件を変えることにより、任意の蒸留特性を有する
油を回収することができる。例えば、沸点３００℃以下
の成分から成る油を回収したい場合には、還流槽２内部
の設定温度を３００℃にすればよい。

【００１６】以上のように本実施例によれば、従来行わ
れていたように触媒を用いなくとも、高分子量の油や、
ワックス状の成分を含まない油を回収することができ
る。すなわち、触媒の活性を維持するためのメンテナン
スや、触媒の交換などが不要となり、運転コストや人件
費などが大幅に削減できる。また、触媒による軽質化に
おける、油の軽質化と同時にガス化が進行することによ
る油の回収率の低下という問題を回避することができ
る。

【００１７】図２は、図１に示した実施例に、ディーゼ
ルエンジン６と発電機７を追加したものである。回収さ
れた軽質油２４０をディーゼルエンジン６と発電機７に
導入し発電するシステムのフロー図を示した。軽質油２
４０は貯油槽５で貯蔵され、該貯油槽５から一部が取り
出されディーゼルエンジン６へ導入されて燃焼し、該デ
ィーゼルエンジン６を駆動する。ディーゼルエンジン６
には発電機７が接続されており、電力１０００が得られ
る。

【００１８】ディーゼルエンジン６を駆動した高温の燃
焼排ガス３００は熱分解槽１へ導入され、熱分解槽１で
は燃焼排ガス３００の保有する燃焼排熱によって廃プラ
スチックの熱分解に必要な熱を得、燃焼排ガスは降温し
て低温排ガス３１０となり系外へ放出される。

【００１９】図２に示した実施例について、運転方法を
示す。

【００２０】熱分解槽１に供給された処理物である廃プ
ラスチック１００は、所定温度で熱分解され分解ガス２
００が発生する。生成した分解ガス２００は、還流槽２
に導入され所定温度まで冷却される。分解ガス２００の
うち高沸点成分は凝縮液化し、重質油２１０となり熱分
解槽に還流される。一方、還流槽２で凝縮液化しない低
沸点ガス２２０は、凝縮器３に導入され冷却された後、
気液分離器４で液状生成物の軽質油２４０と生成ガス２
５０とに分離される。軽質油２４０は、一旦貯油槽５に
貯蔵された後、ポンプ２１によりディーゼルエンジン６
に供給され、当該ディーゼルエンジン６の駆動に使用さ
れる。ディーゼルエンジン６には発電機７が接続されて
おり、電力１０００が得られる。ディーゼルエンジン６
の燃焼排ガス３００は熱分解槽１に導入され、当該燃焼
排ガス３００の保有する燃焼排熱が廃プラスチック１０
０の熱分解の熱源として使用される。一方、凝縮器で液
化しない生成ガス２５０は系外で燃料として使用され
る。また、熱分解槽１内に残留する熱分解残留物２３０
は前記熱分解槽１から系外に放出される。

【００２１】還流槽２には冷却管４０が設置されてお
り、冷媒として空気４００が流れている。また、冷却管
４０には空気４００を移送するためのポンプ２０と、空
気４００の流量を調整するためのバルブ２２が設置され
ている。還流槽２と凝縮器３を接続している低沸点ガス
２２０の移送管には、温度センサ３０が設置されてお
り、低沸点ガス２２０の温度が検知されるようになって
いる。温度センサ３０で検知された温度情報はコントロ
ーラ８に入力されるようになっており、コントローラ８
からバルブ２２の開度を制御する信号が出力されるよう
になっている。温度センサ３０で検出された温度が設定
値より低い場合には、バルブ２２の開度が小になり、温
度センサ３０で検出された温度が設定値より高い場合に
は、バルブ２２の開度が大になるようになっている。

【００２２】還流槽２における分解ガス２００の冷却方
法は、本実施例に限ったものではなく、冷却管４０を流
れる流体としては、空気の他に水や相変化する有機媒体
などでもよい。また、本発明においては、分解ガス２０
０を完全に所定温度まで冷却することが必要であるた
め、冷却管４０にフィンを設け伝熱面積を拡大したり、
還流槽２に適当な表面積を有するラシヒ環などを充填し
分解ガス２００の空間速度を低下させるなどの工夫をし
てもよい。

【００２３】還流槽２と熱分解槽１を接続している重質
油２１０の移送管には、流量センサ３１が設置されてお
り、還流槽２から熱分解槽１に還流する重質油２１０の
流量が検知されるようになっている。流量センサ３１で
検知された重質油２１０の流量に関する情報はコントロ
ーラ８に入力されるようになっており、コントローラ８
から、熱分解槽１に接続されている残留物抜き出し装置
（図示していない）の作動を制御する信号が出力される
ようになっている。流量センサ３１で検知される重質油
２１０の流量の積算値があらかじめ設定された量に達す
ると、前記残留物抜き出し装置が作動するようになって
いる。

【００２４】ディーゼルエンジン６の燃焼排ガス３００
を熱分解槽１に導入するための移送管には三方弁２４が
設置されており、その開度はコントローラ８で制御でき
るようになっている。熱分解槽１には、熱分解槽１内の
温度を検知するための温度センサ３２が設置されてお
り、当該温度センサ３２で検知された熱分解槽１内の温
度に関する情報は、コントローラ８に入力されるように
なっている。温度センサ３２で検知された温度が設定値
より高い場合には、三方弁２４の開閉を調整し、系外に
放出する排ガス３１０の量を増加させ、逆に温度センサ
３２で検知された温度が設定値より低い場合には、熱分
解槽１の熱源として使用する燃焼排ガス３００の量を増
加させるようになっている。

【００２５】以上から、本実施例によれば、電力と熱分
解用熱とを同時に得ることができる。さらに、従来は熱
分解用の燃料として使用していた廃プラスチックからの
生成ガスを、有効に活用できる効果もある。

【００２６】表１に、図１に示したシステムにしたがっ
て軽質化を行った場合（本実施例）と触媒を用いた接触
分解による軽質化の場合を比較例として、回収した軽質
油の成分組成および油，ガス，残渣の収率を示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】廃プラスチック材料として、ポリエチレ
ン，ポリプロピレン，ポリスチレンを各２６．７ｇ、
エポキシ樹脂，フェノール樹脂を各１０ｇ混合したもの
を用いた。これらの材料は、いずれも一辺約１.５cm に
破砕したものを用いた。熱分解は、材料をあらかじめ熱
分解槽に充填し、窒素ガスを通気しながら４５０℃まで
昇温し、そのままの温度で２時間保持した。還流槽は３
５０℃に保った。還流槽で液化した成分は熱分解槽に還
流した。一方、熱分解槽で液化しない軽質ガスは、凝縮
器に導入し再び冷却し、気液分離器で軽質油とガスに分
離した。回収した軽質油について、炭化水素の成分分析
をガスクロマトグラフ質量分析計を用いて行った。軽質
油の各成分をパラフィン，ナフテン，オレフィン，芳香
族に分類し、その割合を調べた結果、芳香族が４０％，
オレフィンが３３％，パラフィンが２７％という組成で
あった。また、油，ガス，残渣の収率は、それぞれ７２
％，１６％，１２％であった。

【００２９】比較例として、還流槽を用いず、熱分解槽
で生成した分解ガスを接触分解槽へ導入して軽質化を行
った。廃プラスチック材料および熱分解方法は、実施例
と同じである。接触分解槽に充填した触媒は、ゼオライ
ト系の触媒であるＺＳＭ−５にＳｎを５重量％担持した
ものである。接触分解槽で軽質化された熱分解ガスを、
凝縮器で冷却した後、気液分離器で軽質油とガスを回収
した。本軽質油の成分分析の結果、表１に示したように
９５％が芳香族であった。また、油，ガス，残渣の収率
は、それぞれ６１％，２８％，１１％であった。以上の
結果から、接触分解による軽質化を行った場合、回収さ
れた油の大部分は芳香族系炭化水素であるため、着火性
が低く燃焼時には排煙濃度が高い。さらに、油の収率に
関しても、本発明と比較してガスの収率が高くなってお
り、それに伴い油の収率が低下している。

【００３０】これらの結果から、本発明によると、煤の
発生源である芳香族系炭化水素の含有率が低く、また高
い着火性を示すパラフィン系炭化水素の含有率の高い油
を回収することができる。さらに、本発明によれば、ガ
スと比較して貯蔵性の点で優れている油を高収率で得る
ことができるため、必要なときに油化装置から離れた場
所でも利用できるエネルギー源が増大する。

【００３１】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
廃プラスチックから軽質な油を回収するために触媒によ
る軽質化を行う必要がなくなる。さらに、触媒による軽
質化を行う場合に比べて貯蔵が困難なガスの回収率が低
減でき、油の回収率を向上できるため、必要なときに回
収できるエネルギーが多くなる。また、回収された油の
性状はディーゼル燃料としての特性を備えているため、
熱分解油化装置と高い発電効率を持つディーゼル発電機
との組み合わせが容易になり、廃プラスチックから高い
効率で電力を得ることができるという効果がある。さら
に、熱分解油化装置とディーゼル発電機を組み合わせた
本発明によれば、貯蔵性の優れている油を媒体としてい
ることで、常に効率よく両システムを運営できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃プラスチック油化システムの基本的
構成を示す図。

【図２】本発明の他の実施例を示す図。

【符号の説明】

１…熱分解槽、２…還流槽、３…凝縮器、４…気液分離
器、５…貯油槽、６…ディーゼルエンジン、７…発電
機、１００…廃プラスチック、２００…分解ガス、２１
０…重質油、２２０…低沸点ガス、２３０…熱分解残留
物、２４０…軽質油、２５０…生成ガス、１０００…電
力。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｌ 1/08 Ｆ０１Ｋ 27/02 Ｆ０１Ｋ 27/02 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０２Ａ (72)発明者山下寿生茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃プラスチックの熱分解槽と、熱分解ガス
中の高沸点成分を凝縮液化し熱分解槽に還流させる還流
槽と、該還流槽において液化しない低沸点ガスを室温ま
で冷却する凝縮器と、該凝縮器において液化するものと
しないものとに分離する気液分離器とから構成されるこ
とを特徴とする廃プラスチック油化システム。
【請求項２】廃プラスチックの熱分解槽と、熱分解ガス
中の高沸点成分を凝縮液化し熱分解槽に還流させる還流
槽と、該還流槽において液化しない低沸点ガスを室温ま
で冷却する凝縮器と、該凝縮器において液化するものと
しないものとに分離する気液分離器と、前記凝縮器にお
いて液化した液状生成物を燃料とした内燃機関と、内燃
機関に付随した発電装置から構成されることを特徴とす
る廃プラスチック油化発電システム。