JPH11116730A - 熱可塑性樹脂の熱分解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリ塩化ビニールのような熱可塑性樹脂を溶
融、熱分解して、熱可塑性樹脂中に含有されている塩素
を塩化水素として分離除去するに際し、コーキングを起
こさず、不必要に大きな反応容積を必要とせず、効率的
且つ経済的に前記熱分解を行い得る装置を提供する。 【解決手段】 一端部上面に熱可塑性樹脂の供給口２
が、他端部下面に生成物排出口３が設けられた反応器本
体１と、反応器本体１内にその中心軸線に沿って、駆動
機構により回転する、その外周に螺旋状のスクリューガ
イド９を有する中空スクリュー軸４と、中空スクリュー
軸４の他端側に設けられたバーナー８のような熱媒体導
入機構と、中空スクリュー軸４の一端側に設けられた排
気用スクリーン１６のような熱媒体排出機構とからなっ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱可塑性樹脂の
熱分解装置、詳しくは、ポリエチレン、ポリ塩化ビニー
ル等の熱可塑性樹脂を、単品または２種類以上の熱可塑
性樹脂類の混合物として加熱することにより溶融せしめ
または熱分解に付すための、熱可塑性樹脂の熱分解装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】廃プラスチックスの処理のために、廃プ
ラスチックスを加熱溶融することにより減容化し取扱い
やすい状態となした後、これを固体燃料として利用した
り、または、溶融物を更に熱分解して、液体燃料や活性
炭の製造原料に変換する方法が従来から知られている。

【０００３】特に、ポリ塩化ビニールのように、塩素を
含有しそのままで燃焼させると塩化水素やダイオキシン
等の有害ガスが発生する廃プラスチックスの場合には、
これを熱分解することにより、制御された条件下で塩素
分を塩化水素として取り除き、塩素が除去された後の残
渣即ち熱分解生成物をそのまま安全な燃料としたり、そ
の他の有用品の原料として利用することができる。

【０００４】熱可塑性樹脂を加熱して順次その温度を上
昇させ、ある温度に達すると、熱可塑性樹脂は溶融し始
める。そして、溶融温度が高くなるに従って熱分解が始
まり、熱可塑性樹脂は低分子化し、ガス状の低分子炭化
水素やその他の分解ガスが発生する。更に高温で熱分解
を進めると、脱水素反応が激しく起こり始め、重縮合反
応が進行する結果、炭素状物質の析出いわゆるコーキン
グが発生する。

【０００５】このような一連の反応、即ち、溶融、熱分
解およびコーキングの諸過程が開始する温度は、プラス
チックスの種類によって異なるが、利用しようとする熱
分解生成物の種類により反応を止める時期を制御するこ
とが、生産技術上、必要である。

【０００６】例えば、原料とする廃プラスチックスが塩
素を含まない種類の熱可塑性樹脂で、固形燃料のみを主
な目的生成物とする場合には、単に溶融させることによ
って熱可塑性樹脂を減容化し冷却、固化すればよい。し
かしながら、塩素を含む樹脂例えばポリ塩化ビニールの
場合には、生成物を固体燃料として利用することを目的
としても、塩素分を除去することが必要であり、熱分解
により塩素が塩化水素として発生する温度（２００〜３
６０℃）まで、ポリ塩化ビニールを昇温させることが必
要である。一方、各種の燃料油を最終生成物とする場合
には、液体生成物の収量が最も高い反応温度に保持する
ことが必要である。

【０００７】一般に、溶融したプラスチックスの熱伝導
度は低いために、反応器の構造が適切でないと、前述し
た溶融、熱分解およびコーキングの諸過程が、反応器内
において同時に生ずることがあり、目的とする生成物の
収量が低下するばかりでなく、例えば、コーキングが激
しく生ずると設備の配管中に目詰まりなど操業上問題と
なる支障を引き起こす原因になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】溶融または熱分解反応
に使用される反応器には、従来から種々のものが使用さ
れているが、次の４種類に分類することができる。 (1) 槽型 (2) 押し出し機型 (3) ロータリーキルン型 (4) 組合せ型 槽型反応器は、タンク内に収容されたプラスチックス原
料を、タンクの外壁より加熱して、溶融、熱分解させる
方式であるが、タンクの内容積に比して伝熱面積が小さ
い上に、溶融プラスチックス側の伝熱係数も小さい。従
って、タンク内のプラスチックスに十分な熱量を伝達す
るためには、大きなヒートフラックス（単位面積当たり
の伝熱量）が必要になる。即ち、反応器内の温度勾配は
急激であり、加熱面ではコーキングが生ずる温度に達し
ていても、反応器内では、必要な反応温度が十分に得ら
れない場合がある。

【０００９】押し出し機型反応器は、プラスチックスの
成形加工用として従来から使用されている押し出し機を
反応器として使用するものである。即ち、常温で固体状
態のプラスチックスに、相当量の機械的圧力と捩じりに
よるせん断応力とをかけながら、これを押し出し、その
ときに生ずる摩擦熱によって昇温させ、柔らかくなった
熱可塑性樹脂のプラスチックスを、更に補助的な電熱ヒ
ーターで加熱しながら溶融混練し、必要に応じ熱分解温
度まで昇温させ処理する方法である。

【００１０】この方法は、槽型反応器に比して伝熱効率
は高いが、構造上、大容量の装置を製作することが困難
である。また、高い反応温度下で腐食性の塩化水素ガス
が発生するポリ塩化ビニールの熱分解反応に使用する場
合は、押し出し機に材質上の腐食が発生する場合が多
い。

【００１１】ロータリーキルン型反応器は、特に高温で
熱分解することが必要な場合に引き起こすコーキングに
対応する能力が高い方式であって、セメント製造等に一
般に使用されているいわゆるロータリーキルン内でプラ
スチックスを回転、加熱しながら熱分解させる。この場
合には、主反応物質であるプラスチックスに、砂その他
の不活性固体物質を添加混合するが、コーキング反応が
生じても、コークの析出は主に混合された固体物質の表
面で起こり、また、キルンの壁面に析出したコークは、
回転するキルンと内部の固体物質との摩擦で擦り落とさ
れる。固体物質として石炭やコークス等の固体燃料を使
用すれば、固体物質とプラスチックスの熱分解物との混
合物を、そのまま分離することなしに、固形燃料や冶金
用素材として使用することができる。

【００１２】しかしながら、反応器であるロータリーキ
ルンの全内容積のうち、実際の反応に使用される容積が
非常に低く、ロータリーキルン内における反応物の占積
率は、混合された不活性固体物質をプラスチックスに含
ませて計上しても１０％前後である。従って、構造上、
実際の反応に要する体積の１０倍もの容積が必要になる
ために、キルン表面からの熱損失が大きく、反応物の昇
温に要する熱エネルギー効率は非常に悪くなり、且つ、
装置自体も大きく経済的な装置とはいえない。

【００１３】組合せ型反応器は、押し出し機と槽型反応
器との組合せであって、始めに押し出し機でプラスチッ
クスを溶融し、溶融物を槽型反応器に導入保持すること
により、槽型反応器においてプラスチックスに付与する
熱負荷を減らしている。また、押し出し機とロータリー
キルンとを組合せ、押し出し機で溶融した原料をロータ
リーキルンに供給し、ロータリーキルンでプラスチック
ス中に砂その他の固体物質を混合し熱分解する方法もあ
る。

【００１４】しかしながら、押し出し機と槽型反応器と
を組合せ、熱負荷を下げた場合でも、槽型反応器で生ず
るコーキングを完全に防止することはできない。また、
押し出し機とロータリーキルンとを組合せても、キルン
の必要容積を減らすことはできない。

【００１５】従来法において、押し出し機を反応器また
は反応器の一部として使用する理由は、プラスチックス
の成形加工用機器として既製品が容易に入手できるの
で、これを流用しているに過ぎず、一方、ロータリーキ
ルンもセメント製造装置としてのキルンの性能がそのま
ま流用できるからであって、熱可塑性樹脂を熱分解する
目的のためには、かならずしも適合した手段であるとは
いえない。

【００１６】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、廃ポリ塩化ビニールを溶融、熱分解して、ポ
リ塩化ビニール中に含有されている塩素を塩化水素とし
て分離し除去するに際し、コーキングを起こさず、ま
た、不必要に大きい反応容積を必要とせず、熱可塑性樹
脂を効率的に且つ経済的に熱分解することができる装置
を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
観点から、コーキングを起こさず、また、不必要に大き
い反応容積を必要とせず、熱可塑性樹脂を効率的に熱分
解し得る熱分解装置を開発すべく鋭意研究を重ねた結
果、次のような知見を得た。

【００１８】(1) プラスチックス破砕物を、効率よく加
熱して溶融状態となし、溶融プラスチックスを更に効率
よく加熱して熱分解反応が生ずる温度まで昇温させるた
めには、プラスチックス破砕物を、押し出し混練しなが
ら加熱することが効果的ではあるが、必ずしもプラスチ
ックスの成形加工のために押し出し機に要求されるほ
ど、プラスチックス破砕物を激しく混練しこれに大きい
機械的圧力を与える必要はない。

【００１９】(2) 大量のプラスチックスを処理するため
に、既製のプラスチックス成形加工用押し出し機を使用
することが困難な理由は、熱分解処理に必要とされる機
械的圧力やせん断応力に耐え得る混練軸を製作するため
に、鋳鍛造品の切削加工工程等が必要であるが、既存設
備の規模、流通上の問題等によって、大型の混練軸を備
えた装置を経済的に製造することが困難なためである。
従って、大きな機械的圧力やせん断応力が必要でない場
合には、これらの製造上の問題は解決され、むしろ押し
出し機ではなく、押し出し軸に殆ど背圧がかからない、
スクリューフィーダーの概念に近い装置で十分である。

【００２０】(3) 既製のプラスチックス成形加工用押し
出し機の補助的加熱機構としては、一般に鋳込み電熱ヒ
ーターが使用されているが、プラスチックスを３００〜
４００℃の温度域に昇温させるための加熱機構として、
電熱ヒーターは経済的でなく、また、構造上の制約も生
ずる。従って、加熱機構として、燃焼ガス等の熱媒体に
よる加熱を行い得る構造とすることが必要である。

【００２１】(4) ロータリーキルン型のように、反応物
を固体燃料と混合し、反応器の伝熱壁と反応物とを摺動
せしめる機構は、コーキングによる操業上の支障を防止
するために必要である。

【００２２】上述した点を考慮した結果、円筒状の反応
器に設けられた、螺旋状のスクリューガイドを有するス
クリュー軸によって反応物を混合し、または反応物に軽
度の混練を与えると共に、加熱面と摺動、接触させなが
ら、反応物の温度を上昇せしめるためには、反応器のス
クリュー軸を中空にし、その中空スクリュー軸内に、高
温の燃焼ガスや液状の熱媒体を導入し、反応物への伝熱
を行えば、スクリューガイドが伝熱フィンの役割を果た
すことによって、十分な伝熱面積を確保し得ると共に、
伝熱面であるスクリューガイドおよびスクリュー軸と反
応物との摺動も可能になることを知見し、本発明を完成
するに至った。

【００２３】この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであって、請求項１に記載の発明の熱分解装置は、
一端部上面に破砕されたプラスチックスを供給する供給
口が設けられ、他端部下面に生成物の排出口が設けられ
た、円筒状の反応器本体と、前記円筒状の反応器本体内
に、その中心軸線に沿って回転自在に設けられた管状の
中空スクリュー軸と、前記中空スクリュー軸を回転させ
るための駆動機構と、前記中空スクリュー軸の外周に、
前記反応器本体の内壁から所定間隔をあけて取り付けら
れた螺旋状のスクリューガイドと、前記中空スクリュー
軸の他端側に設けられた、前記中空スクリュー軸内に熱
媒体を導入するための熱媒体導入機構と、そして、前記
中空軸の一端側に設けられた熱媒体排出機構とからなる
ことに特徴を有するものである。

【００２４】中空スクリュー軸内に導入される熱媒体と
しては、高温の燃焼ガスまたは液状の熱媒体が使用され
る。前記反応器本体の他端部には、反応器内で生成した
ガスの排出口が設けられている。また、反応器本体の一
端部に、反応器本体内において生成した分解ガスの除去
を早め、且つ、空気の漏洩を防止するために、必要に応
じて、反応器内に窒素ガスのような不活性ガスをキャリ
アーガスとして吹き込む吹込み口が設けられている。

【００２５】反応器本体に設けられた生成物排出口に
は、前記排出口から排出される生成物の流動による圧力
損失を調節し、生成物の流動抵抗を増すための邪魔板を
設けることが好ましい。また、中空スクリュー軸と前記
駆動機構との間には、両者を熱的に遮断するための断熱
機構が取り付けられている。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、この発明の装置を図面を参
照しながら説明する。図１は、この発明の装置の一実施
態様を示す概略断面図である。図１に示すように、一端
側上面に、原料である破砕プラスチックスの供給口２が
設けられ、他端側下面に生成物の排出口３が設けられ
た、円筒状の反応器本体１内には、その中心軸線に沿っ
て、反応器本体１を貫通する管状の中空スクリュー軸４
が、その軸線を中心とし回転自在に設けられている。供
給口２には、破砕プラスチックスを収容するホッパ１１
が接続されている。

【００２７】中空スクリュー軸４の一端側には、駆動用
モータ５の駆動軸がカップリング６を介して接続されて
いる。中空スクリュー軸４と駆動用モータ５の駆動軸と
の接続部付近には、両者を熱的に遮断するための断熱壁
７が取り付けられ、高温に加熱されるスクリュー軸４か
らの熱伝導により、モータ５の駆動軸が高温になること
を防止している。

【００２８】中空スクリュー軸４の他端面には、中空ス
クリュー軸４内に向けて、熱媒体としての高温燃焼ガス
を吹き込むためのバーナ８が設けられ、中空スクリュー
軸４の一端側には、中空スクリュー軸４内に吹き込ま
れ、これを加熱した後の燃焼排ガスを排出するための排
ガス排気用スクリーン１６が設けられている。このよう
な中空スクリュー軸４の外周には、その全長にわたり、
反応器本体１の内壁から所定間隔をあけて、螺旋状のス
クリューガイド９が取り付けられている。

【００２９】反応器本体１の下流側である他端部下面に
設けられた排出口３には、排出口３から排出される生成
物の流動による圧力損失を調節し、生成物の流動抵抗を
増すための邪魔板１０が設けられている。

【００３０】反応器本体１の上流側である一端部上面に
は、反応器本体１内に供給された破砕プラスチックスが
溶融し始める位置に、固体添加物の供給口１２が設けら
れており、供給口１２に接続されたホッパ１３内の固体
添加物は、反応器本体１内に供給され、破砕プラスチッ
クスと混合される。なお、固体添加物の添加は、破砕プ
ラスチックスを収容するホッパ１１において、破砕プラ
スチックスと混合し、供給口２から反応器本体１内に添
加してもよい。

【００３１】反応器本体１の上流側である一端部下面に
は、反応器本体１内にキャリアーガスを吹き込むための
ガス吹込み口１５が設けられ、反応器本体１の下流側で
ある他端部上面には、反応器本体１内のガスを排出する
ための複数のガス排出口１４が設けられている。

【００３２】この発明の装置は、上述のように構成され
ているので、ホッパ１１から供給口２を経て反応器本体
１内に供給された破砕プラスチックスおよびホッパ１３
から供給口１２を経て反応器本体１内に供給された固体
添加物は、モータ５によって回転する中空スクリュー軸
４の外周に取り付けられた螺旋状スクリューガイド９に
よって、圧力をかけられながら混練されると共に、バー
ナ８からの高温燃焼ガスの噴射により加熱されている中
空スクリュー軸４およびその外周の螺旋状スクリューガ
イド９によって加熱され、溶融状態になって反応器本体
１内を下流側に向けて移動する。

【００３３】上述したように溶融プラスチックスが反応
器本体１内を下流側に向けて移動する間に、熱分解反応
によって生成した実質的に塩化水素を含まない生成物
は、反応器本体１の下流側である他端部下面に設けられ
た排出口３から排出され、また、熱分解反応によって発
生した塩化水素を含む分解ガスは、ガス排出口１４から
除去される。排出口３から排出された生成物は、各種の
燃料その他の目的の用途に供され、また、ガス排出口１
４から排出された分解ガスは、図示しないガス処理ユニ
ットにおいて処理される。

【００３４】上述した反応器本体１内を下流側に向けて
移動する生成物にかかる背圧は、生成物排出口３と邪魔
板１０との間隙、および、中空スクリュー軸４の外周に
取り付けられたスクリューガイド９と反応器本体１の内
壁との間隔の大きさによって決まる。

【００３５】バーナ８から中空スクリュー軸４内に吹き
込まれた燃焼ガスの排ガスは、スクリュー軸４の一端側
に設けられた排気用スクリーン１６から排出される。な
お、反応器本体１内において生成した分解ガスの除去を
早め、且つ、空気の漏洩を防止するために、必要に応
じ、キャリアーガス吹込み口１５から、反応器本体１内
に窒素ガスのような不活性ガスを吹き込み、分解ガスを
伴わせてガス排出口１４から排出させてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の装置によ
れば、廃ポリ塩化ビニールを溶融、熱分解して、ポリ塩
化ビニール中に含有されている塩素を塩化水素として分
離し除去するに際し、コーキングを起こさず、また、不
必要に大きい反応容積を必要とせず、熱可塑性樹脂を効
率的に且つ経済的に熱分解することができる、工業上有
用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の装置の一例を示す概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 反応機本体 ２ 供給口 ３ 生成物排出口 ４ 中空スクリュー軸 ５ モータ ６ カップリング ７ 断熱壁 ８ バーナー ９ スクリューガイド 10 邪魔板 11 原料供給用ホッパ 12 固体添加物供給口 13 固体添加物供給用ホッパ 14 ガス排出口 15 ガス吹込み口 16 排ガス排気用スクリーン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端部上面に破砕されたプラスチックス
   を供給する供給口が設けられ、他端部下面に生成物の排
   出口が設けられた、円筒状の反応器本体と、前記円筒状
   の反応器本体内に、その中心軸線に沿って回転自在に設
   けられた管状の中空スクリュー軸と、前記中空スクリュ
   ー軸を回転させるための駆動機構と、前記中空スクリュ
   ー軸の外周に、前記反応器本体の内壁から所定間隔をあ
   けて取り付けられた螺旋状のスクリューガイドと、前記
   中空スクリュー軸の他端側に設けられた、前記中空スク
   リュー軸内に熱媒体を導入するための熱媒体導入機構
   と、そして、前記中空軸の一端側に設けられた熱媒体排
   出機構とからなることを特徴とする、熱可塑性樹脂の熱
   分解装置。
2. 【請求項２】 前記熱媒体が高温のガスまたは液状熱媒
   体である、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記反応器本体の他端部に、生成ガス排
   出口が設けられている、請求項１または２に記載の装
   置。
4. 【請求項４】 前記反応器本体の一端部下面に、前記反
   応器本体内にキャリアーガスを吹き込むためのガス吹込
   み口が設けられている、請求項１から３の何れか１つに
   記載の装置。
5. 【請求項５】 前記反応器本体に設けられた生成物排出
   口に、前記排出口から排出される生成物の流動による圧
   力損失を調節するための邪魔板が取り付けられている、
   請求項１から４の何れか１つに記載の装置。
6. 【請求項６】 前記中空スクリュー軸と前記駆動機構と
   の間に、両者を熱的に遮断するための断熱機構が取り付
   けられている、請求項１から５の何れか１つに記載の装
   置。