JPH1036554A - 廃棄プラスチックの油化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属塩化物を触媒として用いることで、望まし
い組成の回収物をより低コストで得ることを可能とする
油化処理方法の提供。 【解決手段】廃棄プラスチックを加熱・分解させて油化
物を回収する廃棄プラスチックの油化処理方法につい
て、ポリマーの分解に金属塩化物を触媒として用いるよ
うにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄プラスチック
の油化処理技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃棄プラスチックの有力な処理方法とし
て、分解油化により重油質などの油化物を回収する油化
処理がある。このような油化処理については種々の装置
やシステムが知られているが、何れも試験的なレベルに
とどまっており、実用的な稼働に耐える装置やシステム
は未だないのが実情である。それには多くの理由がある
が、最も大きい理由は経済性である。つまり現在知られ
ている油化処理は、他の廃棄プラスチック処理技術に比
べ、コストがかかり過ぎ、回収する油化物として再資源
化が可能であることを考慮しても、実用性に乏しいとい
うことである。

【０００３】油化処理のコストには多くの要因がある
が、分解反応の条件もそれに大きく影響している。つま
り分解反応の条件を改善することで、分解反応のための
加熱エネルギーを節約し、また分解生成物の分子量や組
成をより望ましい方向に制御することができれば、油化
処理のコストを大きく下げることが可能となる。分解反
応の条件を改善するのに有力な手段は触媒を用いること
である。しかるに油化分解反応用の触媒に関する研究は
極めて少なく、シリカアルミナを触媒として用いること
が知られている程度である。シリカアルミナは、例えば
ポリエチレンを例にとると、触媒を用いない場合に比べ
反応温度を１００℃程度下げることができる。つまり触
媒を用いない場合には４００℃以上に加熱する必要があ
るのに対し、シリカアルミナを触媒とすることで３５０
℃程度まで加熱温度を下げることができる。このシリカ
アルミナによる触媒効果は、加熱エネルギーという点だ
けであれば、それなりに大きい。しかし分解生成物の分
子量や組成の制御という点では、例えばガソリン留分が
多く生成して工業用燃料としての一般性に乏しいなどそ
れほど効果がなく、全体的として見れば、廃棄プラスチ
ックの油化処理を実用性のあるコストレベルにするには
不十分である。

【０００４】このような事情を背景に本願発明者は、よ
り効率的な触媒作用を可能とする触媒について研究して
来た。その結果、例えば塩化アルミニウム、塩化亜鉛、
塩化鉄、塩化鉛、塩化錫などの金属塩化物がポリマーの
分解に対し優れた触媒作用を持つことを見出した。金属
塩化物の中でも特に優れている塩化アルミニウムを例に
とると、シリカアルミナを触媒とする場合よりも加熱温
度をさらに５０〜１００℃程度下げることができるばか
りでなく、反応時間も短縮することができ、加熱エネル
ギーを大幅に節減できる。また塩化アルミニウムなどの
金属塩化物は、分解生成物の分子量分布のピークを低分
子側にシフトさせ且つピーク幅を狭くできるという優れ
た触媒特性を持っており、これを触媒として用いること
により、望ましい組成の重油質を効率的に回収すること
が可能となる。

【０００５】さらに金属塩化物は、これを触媒に用いる
と、分解に伴う炭化物（カーボン）の発生を格段に少な
くすることができる。このことは、油化分解処理におい
て大きな意味を持つ。すなわちカーボンが多量に発生す
ると、これが分解反応器の内壁に付着して熱伝導を阻害
し、そのために加熱エネルギーの浪費を招くと共に、分
解反応の安定的な制御が困難となって望ましい組成の回
収物を効率的に得ることが出来なくなるし、また装置の
メンテナンスに多大の労力と時間を必要とするよにな
り、さらに反応過程の危険性が増すので多くの監視要員
を必要とすることになる。そしてこの結果、コストアッ
プを招き、実用機としての稼働に結び付けることができ
なくなる。このようにカーボンの発生は、油化処理を実
用的な技術とする上で大きな阻害要因となるものであ
り、これを抑えることで油化処理の実用性を大幅に高め
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は、
新たに見出された効率の高い触媒作用を可能とする金属
塩化物を触媒として用いることで、望ましい組成の回収
物をより低コストで得ることを可能とする油化処理方法
の提供を目的としている。

【０００７】また本発明では、ポリ塩化ビニルのように
分解油化が困難で加熱により塩化水素を発生させて分解
するプラスチックが混入している廃棄プラスチックを処
理する場合について、触媒用の金属塩化物をより合理的
に用いることのできる油化処理方法の提供を目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記のような目的のため
に本発明では、廃棄プラスチックを加熱・分解させて油
化物を回収する廃棄プラスチックの油化処理方法につい
て、ポリマーの分解に金属塩化物を触媒として用いるよ
うにしている。

【０００９】また本発明では、このような金属塩化物を
触媒として用いる油化処理方法を脱塩化水素処理の必要
な廃棄プラスチックの油化処理について、加熱により塩
化水素を放出するプラスチックが混ざっている廃棄プラ
スチックに脱塩化水素のための予備処理を施し、これで
得られる予備処理物に油化分解を施して油化物を回収す
るようにし、且つ廃棄プラスチックに塩化物形成用金属
を混入させ、この塩化物形成用金属を予備処理過程で脱
塩化水素により発生する塩化水素と反応させて金属塩化
物を生成させ、この金属塩化物をポリマーの分解に触媒
として用いるようにしている。

【００１０】この方法は、混合廃棄プラスチックの処理
過程を効果的に利用することで全体的な処理の効率を高
めるたものである。すなわち都市ゴミなどとして排出さ
れる廃棄プラスチックには、種々のプラスチックがそれ
らの使用比率に応じて混在している。最も多いのはポリ
エチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂で、
ある統計によると、これらが６０％程度を占め、次いで
多いのがポリ塩化ビニルで、１５％程度を占めている。
このように複数種のプラスチックが混合している混合廃
棄プラスチック、特にポリ塩化ビニルのように分解油化
が困難で加熱により塩化水素を発生させて分解するプラ
スチックが混ざっている混合廃棄プラスチックを油化処
理する場合には、塩化水素により油化装置の寿命、特に
その主要な要素であり、装置全体のコストに大きな割合
を占める油化反応器の寿命が極端に短くなり、油化処理
のコストを大幅にアップさせてしまうという問題があ
る。そのため、油化反応に先立って脱塩化水素のための
予備処理を行なう必要がある。この予備処理は例えば２
００〜３５０℃程度に加熱しながら一定時間をかけて行
ない、その間に多量の塩化水素が発生する。つまり予備
処理では、高温下で塩化水素が多量に存在する状態が形
成されることになるが、本発明ではこの過程を利用する
ことで効率的に金属塩化物を得るようにしている。

【００１１】このような方法によると、触媒の原料とし
て例えば金属加工で排出される金属屑や回収した空き缶
を処理して得られる金属片などを適当なサイズ、例えば
0.1〜１ｍｍ程度の細片や細粒にして廃棄プラスチック
に混入させるだけでよく、触媒に関するコストを大幅に
低減することができる。またこの方法によると、例えば
塩化アルミニウムのように経済価値の高い金属塩化物を
副産物として得ることができ、このことによっても油化
処理の経済性を高めることができる。

【００１２】

【実施の形態】以下、本発明の一実施形態として、図１
に示すような油化装置を用いて混合廃棄プラスチックを
処理する場合について説明する。図１の油化装置は、予
備反応器１と主反応器２を備える。予備反応器１は、全
体を漏斗形の形状にして密封構造とした内側枠体３をこ
れと相似な断熱構造の外側枠体４で両者の間に熱風路５
を形成させるように覆った構造である。そして内側枠体
３には後述の反応部に廃棄プラスチックを供給するため
の供給口６と同反応部からガスを抜き取るための抜取口
７を有し、外側枠体４には熱風路５に図示せぬバーナー
で高温の熱風を送り込むためのバーナー接続口８、８
と、この熱風を排出するための排気口９を有する。

【００１３】内側枠体３は、そのすり鉢状になっている
上部が反応部１１をなし、その筒状になっている下部が
移送部１２をなしている。これら反応部１１と移送部１
２は反応部１１の下端にある連通孔１３を介して接続し
ている。反応部１１は、その連通孔１３に向けた下がり
傾斜であるすり鉢状の斜面を加熱面１４とし、この加熱
面１４に熱風路５から加熱エネルギーを受ける。また反
応部１１は、加熱面１４を掃くように動作する攪拌翼１
５ａ、１５ｂを攪拌手段として有する。この攪拌翼１５
ａ、１５ｂは、内側枠体３をその中心で上下に貫通する
ように設けた回転軸１６に接続させ、モータ１７により
回転軸１６が回転するのに応じて上記動作を行なう。

【００１４】移送部１２は移送手段としてスクリューコ
ンベア１８を有する。このスクリューコンベア１８は上
記の回転軸１６にスクリュー翼１９を接続させて形成す
る。また移送部１２はその下端部に送出部２０を有す
る。

【００１５】主反応器２は、図２に示すように、外筒２
２と内筒２３を両者の間に反応室２４を形成するように
組み合わせた構造を持つ。その内筒２３は、その外周に
搬送羽根２５を有すると共にギア２６、２６を有し、こ
のギア２６、２６を介して駆動源２７により回転するよ
うになっている。また内筒２３は、その内部が熱風路２
８をなしており、バーナー２９が吹き込む高温の熱風に
より反応室２４、特に内筒２３の外周面を内側から２０
０〜４００℃に加熱する。そして予備反応器１からその
送出部２０と接続する受入口３０を介して反応室２４に
供給される予備処理物は、内筒２３の回転により反応室
２４内で矢印Ｘ方向に連続的に搬送され、この搬送中に
加熱されて分解・気化し、この気化物が気化物送出口３
１から送り出され、図外の回収装置で冷却されて油化物
として回収される。

【００１６】このような連続油化装置を用いて本発明に
よる油化処理方法を実施するには、予め裁断や減容を施
してある固形状の廃棄プラスチックを塩化物形成用の金
属、例えばアルミニウムの切り屑などと共に常時的に一
定量ずつ供給口６から供給する。このようにして供給さ
れる廃棄プラスチックは、攪拌翼１５ａ、１５ｂにより
薄い層にならされることで加熱面１４の全体に広がり、
これに伴ってアルミニウムの切り屑は廃棄プラスチック
中に均一的に分散する。そして加熱面１４により２００
〜４００℃に加熱されることで、廃棄プラスチック中の
塩化ビニールが脱塩化水素反応を生じると共に、これで
生じた塩化水素と反応してアルミニウムが塩化アルミニ
ウムとなる。余剰の塩化水素ガスは抜取口７から図外の
回収装置に抜き取られる。

【００１７】このような反応を経ることで固形状の廃棄
プラスチックは徐々に軟化して流動性を持った予備処理
物となる。この予備処理物は、加熱面１４に沿って緩や
かに流下し、連通孔１３を通って移送部１２に入り込
む。移送部１２に入り込んだ予備処理物は、スクリュー
コンベア１８により一定時間かけて下方に送られる。こ
の間に、予備処理物中に残存している塩化水素がアルミ
ニウムと反応することで塩化アルミニウムの生成がさら
に促進し、また生成した塩化アルミニウムが予備処理物
中に均一的に分散する。またこの間に予備処理物は、さ
らに加熱を受けることで非液化成分を除いて液化し、ポ
リマーの分解生成物（ワックスやグリースなど）を含む
液相ポリマーを生成させる。このようにして下方に送ら
れた予備処理物は、送出部２０から主反応器２に送り出
される。主反応器２での油化処理は上記のように行なわ
れ、この際に上記の塩化アルミニウムが油化分解の触媒
として働き、効率的に分解を進めることできる。

【００１８】触媒として機能した塩化アルミニウムは、
液相ポリマーに含まれる固形分と共に排出口３２から回
収される。回収した塩化アルミニウムは、触媒として再
利用するか、あるいは副産物として販売する。触媒とし
て再利用する場合には、回収した塩化アルミニウムを上
記脱塩化水素過程で回収した余剰の塩化水素と予め接触
させて用いるのが好ましい。このようにすることで、触
媒能がより大きい塩化アルミニウムの濃度を高めること
ができ、より効率的に触媒機能を発揮させることができ
る。このような再利用については、主反応器２の排出口
３２から予備反応器１の供給口６又は主反応器２の受入
口３０に接続する循環経路を設け、この循環経路により
塩化アルミニウムなどの金属塩化物を循環的に再利用す
るようにするのが好ましい。またこのような循環経路を
設ける場合には、その途中に接触器を設け、循環させる
金属塩化物を脱塩化水素過程からの余剰の塩化水素と接
触させるようにするのがさらに好ましい。このようにす
ることで、金属塩化物の触媒能をより高めることができ
る。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の油化処理
方法の一つによると、金属塩化物を触媒に用いることに
より、分解条件を大幅に改善することができ、望ましい
組成の回収物をより低コストで得ることが可能となる。
また本発明の油化処理方法の他の一つによると、油化分
解の触媒用である金属塩化物を予備処理の反応過程で生
成させるようにしているので、触媒に関するコストを大
幅に低減できるし、また経済価値の高い金属塩化物を副
産物として得ることができる。この結果、廃棄プラスチ
ックの油化処理の経済性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態で用いる油化装置の要部で
ある予備反応器を簡略化して示す断面図。

【図２】本発明の一実施形態で用いる油化装置における
主反応器を簡略化して示す一部断面の側面図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄プラスチックを加熱・分解させて油
   化物を回収する廃棄プラスチックの油化処理方法におい
   て、ポリマーの分解に金属塩化物を触媒として用いるよ
   うにしたことを特徴とする油化処理方法。
2. 【請求項２】 金属塩化物として塩化アルミニウムを用
   いる請求項１に記載の油化処理方法。
3. 【請求項３】 加熱により塩化水素を放出するプラスチ
   ックが混ざっている廃棄プラスチックに脱塩化水素のた
   めの予備処理を施し、これで得られる予備処理物に油化
   分解を施して油化物を回収する廃棄プラスチックの油化
   処理方法において、廃棄プラスチックに塩化物形成用金
   属を混入させ、この塩化物形成用金属を予備処理過程で
   脱塩化水素により発生する塩化水素と反応させて金属塩
   化物を生成させ、この金属塩化物をポリマーの分解に触
   媒として用いるようにしたことを特徴とする油化処理方
   法。
4. 【請求項４】 塩化物形成用金属としてアルミニウムを
   用いる請求項３に記載の油化処理方法。