JPS5849379B2 - 有機高分子化合物の熱分解法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プラスチック等の有機高分子化合物を加熱分
解してガス化させる方法に関するもので、特にプラスチ
ック廃棄物から水素ガスを回収する方法に関する。

プラスチックの生産量の増大にともない、プラスチック
廃棄物の量も年々増加の傾向にある。

現在この廃棄されたプラスチックの大部分は埋立あるい
は焼却により処理されている。

プラスチックは自然分解されにくいため、わが国のよう
な狭い国土では廃棄場所の点で廃棄による処理は行きづ
まりつつある。

一方、焼却による処理においても焼却時の高熱のため焼
却炉を破損したり、有害成分による二次公害の発生など
必ずしも適当な方法とは云えない。

そこで近年石油資源の枯渇傾向にあることもあって、こ
れら廃棄プラスチックを再生利用する試みがなされてい
る。

再生利中する方法としては、プラスチックを熱分解して
液化（油化）あるいはガス化させて、燃料あるいは化学
工業原料として再生利中する方法が数多く報告されてい
る。

従来、プラスチックを熱分解して液化あるいはガス化す
る場合、プラスチックを単に加熱する方法がとられてい
た。

また適当な触媒を用いる方法もあるが、触媒と被熱分解
物とを直接接触させて加熱するため炭化物により触媒の
接触効率が低下したり、ガスの燃焼により水素ガスの収
率が低い等の欠点があった。

本発明は、上記に鑑み、触媒の接媒効率がよく、高効率
で水素ガスに転換できる有機高分子化合物のガス化方法
を提供するものである。

すなわち、本発明の有機高分子化合物のガス化方法は、
熱分解部と接触部を有するガス化装置を用い、熱分解部
において有機高分子化合物を加熱してガス状とする工程
と、周期律表■挨金属、クロムもしくはこれらのうち１
以上を含む合金、またはそれらの酸化物の群から選んだ
少なくとも１つを充填した接触部において前記ガス状の
生成物を不活性ガス雰囲気下で６００℃以上に加熱して
ガス化する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、有機高分子化合物は、いったん熱分解
部においてガス状にされ、これが接触部においてガス化
されるものであり、熱分解時に生成する炭化物が接触部
における充填金属を被覆する度合は少なく、接触効率は
極めて大きい。

しかも熱分解部において生成したガス状の生成物は不活
性ガス雰囲気下で６００℃以上の温度に加熱されるので
、燃焼もなく、水素の収率が高い特徴がある。

また接触部に充填した前記金属、合金またはそれらの酸
化物の作用により、有機高分子化合物；こ含まれる水素
の大都分を水素ガスに変化させ、また含窒素有機化合物
の窒素の大部分を無害の窒素ガスに変化させ、アンモニ
ア、シアン化水素などの有害成分の発生を抑制すること
ができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

ここでは第１図に示す熱分解ガス生成捕集装置を用い’
ｊ−ｏ この装置はプラスチックなどの有機物をガス化
するための熱分解部１、発生したガスを液化して捕集す
る液化捕集都２、およびガス捕集部３から構成されてい
る。

この装置の操作手順はつぎのとおりである。

まず石英製熱分解管４に石英ビーズ５および金属あるい
はその化合物（以下充填金属と略す）２０をつめ、中央
都には試料（プラスチック）６を入れる。

石英ビーズ５は熱分解効率をあげる目的で入れている。

次に熱分解管４と液化捕集器１とを図に示すように接続
する。

このとき熱分解管４を所定の温度に加熱された２つの電
気炉９および１０に挿入する。

このときの電気炉９の位置は図の実線の位置とする。

このように試料６の位置から電気炉をずらしておくのは
、内邪の石英ビーズ５が所定の温度に加熱されるまで試
料６の熱分解を遅らせるためである。

そしてコツク２１を開いて窒素ガスを供給し、系内（熱
分解管４から液化捕集器７）を窒素ガスで置換する。

置換後、コツク２１を閉じ、ピストン１９を一ぱいに押
し込んだガス捕集器８を接続部１γを介して液化捕集器
７に接続する。

一方、液化捕集器１を液体窒素１１（沸点：−１９５℃
）の入ったデュアビン１２の中に浸ける。

そして熱分解管４およびその中に入った石英ビーズ５が
所定の温度に上昇した後、後方の電気炉を前方（右側）
の破線の位置まで移動させて熱分解管４の中央部に入れ
てある試料６を加熱分解させる。

熱分解終了後、液化捕集器γのコツク１４を閉じる。

上述の操作により液化捕集器１およびガス捕集器８内に
捕集された熱分解生或物をガスクロマトグラフ法および
赤外吸収スペクトル法により調べた。

通常プラスチックを窒素ふん囲気中で５００℃〜８００
℃で熱分解させると、炭素と水素とからなるプラスチッ
ク、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレ
ンなどの場合は、主としてメタン、エチレン、水素など
が生成される。

また窒素を含むプラスチック、例えばナイロン、ポリア
クリロニトリル、尿素樹脂などの場合は、メタン、エチ
レン、水素などの他に窒素化合物として人体に有害なシ
アン化水素およびアンモニアが生成される。

なお酸素を含むプラスチックの場合は、窒素ふん囲気中
での熱分解でも一酸化炭素が生成される。

ところが、上述したようにプラスチックを金属との共存
状態で熱分解（窒素ふん囲気）させた場合と、前者と同
一温度でプラスチックを単に熱分解（窒素ふん囲気）さ
せた場合とでは、生成される成分に著しく相違のあるこ
とを見出した。

そこで充填金属２０として■属金属系、銅系、クロム系
、チタン系およびステンレススチール系の金属を用いて
種々のプラスチックを熱分解させた場合と、充填金属を
用いなかった場合とについて、得られた生戒物を赤外吸
収スペクトル法およびガスクロマトグラフ法で分析し、
その組成を比較した。

その結果、主として次のことが明らかとなった。

（１） ■疾金属系、クロム系およびそれらを含む合
金（例えばステンレススチール）との共存下でプラスチ
ックを熱分解させると、プラスチックに含まれる水素の
水素ガスＨ２への変化率が増加し、炭化水素とくにエチ
レンの生成量が著しく減少する。

この傾向は高温になるほど著しい。例えばポリエチレン
を表面の酸化したステンレススチール（ＳＵＳ１１６）
との共存下で８５０℃で熱分解させると、ポリエチレン
に含まれる水素の約８６％が水素ガスＨ２に変化した。

（２）ナイロン、ポリアクリロニトリル、尿素樹脂など
の窒素を含むプラスチックを■属金属系、クロム系金属
、チタン系金属、およびこれらの金属を１つ以上含む合
金（例えばステンレススチール）との共存下（窒素ふん
囲気、８００゜Ｃ）で熱分解させると、プラスチックの
みを熱分解（窒素ふん囲気、８００℃）させた場合に生
或されるアンモニアおよびシアン化水素の生成量が著し
く減少する。

これらの場合、プラスチックに含まれている窒素は金属
共存下の熱分解では窒素ガスＮ２に変化することを見出
した。

（３）含窒素プラスチックを銅の酸化物との共存下で熱
分解（窒素ふん囲気、８００℃）させても、アンモニア
およびシアン化水素の生成量を減少させる効果が見られ
た。

ただし、この場合は含まれる水素はほとんど水に変化し
、水素ガスＨ２に変化させる効果は全く見られなかった
。

次に第１図の装置において、充填金属を用いずにプラス
チックをそのまま加熱分解させた場合と、充填金属とし
て種々の金属を充填させてプラスチックを加熱分解させ
た場合とについて、生成された成分を赤外吸収スペクト
ル法およびガスクロマトグラフ法で分析した結果を第１
〜５表および第２〜５図に示す。

後者の場合、電気炉９の温度は６００℃とした。

ただし、Ｈ２：水素、ＣＨ，：メタン、Ｃ２Ｈ４：エチ
レン、Ｃ３Ｈ６：プロピレン、ＣａＨａニベンゼン、Ｃ
Ｏ：一酸化炭素、ＣＯ２：二酸化炭素、ＮＨ３：アンモ
ニア、ＨＣＮ：シアン化水素である。

なお、酸化物とあるのはその表面を８００℃で空気酸化
させたものである。

第１表および第２表はナイロン６６を窒素雰囲気で８０
０℃に加熱分解させて得た生或ガスの定量結果である。

第１表の金属はいずれも表面積を大きくするためにシリ
カクロス上に担持したものであり、第２表の充填金属は
デイクリンパッキング状、ヘリパッキング状あるいはセ
ライト表面にコートしたものを用いｔも また第２図は
ナイロン６６を窒素雰囲気で８００℃に加熱分解させて
得た生成ガスの赤外吸収スペクトルで、Ａはブランク（
充填金属なしの場合で、石英ビーズのみをつめた）、Ｂ
は鉄酸化物、Ｃはニッケル酸化物、Ｄはステンレススチ
ールをそれぞれ用いた場合の特性である。

これらの結果から金属を充填しない場合には、メタン、
エチレン、アンモニア、シアン化水素などが多く発生し
ていることがわかる。

しかし■族金属およびクロムを充填した場合にはメタン
、エチレンなどの炭化水素が著しく減少していることが
わかる。

減少した炭化水素は第１表、第２表から明らかなごとく
水素ガスになっている。

第３図はポリエチレンを窒素ふん囲気で８００℃に加熱
分解させて得た生或ガスの赤外吸収スペクトルで、Ａは
充填金属なし、Ｂは鉄酸化物、Ｃはニッケル酸化物、Ｄ
はステンレススチール酸化物をそれぞれ用いた場合の特
性である。

第３表はその定量結果を示す。

これらの結果から金属を充填しない場合にはメタン、エ
チレンなどの炭化水素が多量に発生していることがわか
る。

しかし、ニッケル酸化物、ステンレススチール酸化物な
どを充填した場合には、エチレン、メタンなどの炭化水
素が著しく減少していることがわかる。

この減少した炭化水素は第３表から明らかなごとく水素
ガスになっている。

第４図はポリアクリロニトＩＪルを、第５図はユリャ樹
指をそれぞれ窒素雰囲気で８００゜Ｃに加熱分解させて
得た生成ガスの赤外吸収スペクトルで、Ａは充填金属な
し、Ｂはステンレススチール酸ｆヒ物をそれぞれ用いた
場合の特性である。

第４表および第５表はそれぞれの定量結果を示す。

これらの結果から明らかなごとく、ポリアクリロニトリ
ル、ユリャ樹脂においても、ナイロン、ポリエチレンと
同様な効果が得られた。

したがって加熱分解された際にメタンやエチレンなどの
炭化水素、アンモニア、シアン化水素などを生或する高
分子化合物においては、■族金属、銅、クロムおよびチ
タンないしはこれらのうちのひとつ以上を含む合金ある
いは酸化物との共存下で熱分解させることにより同様な
効果が得られる。

なお上述の効果は６００℃以上で有効であり、高温にな
るほどその効果は大きくなる。

以上のように本発明によれば、プラスチック等の有機物
を上述した金属あるいはその化合物との共存下で熱分解
させることにより、有機物を単に加熱する場合にくらべ
て異なる組威の生成物が得られることにより次のような
効果がある。

（１）プラスチック等の有機物に含まれる水素を水素ガ
スＨ２として回収する割合が高く、有機廃棄物から水素
ガスを製造する方法として有用である。

（２）含窒素プラスチックの場合は有害なアンモニアお
よびシアン化水素を多量に発生せずに、それらをさらに
分解した形の窒素ガスとすることができるので、プラス
チックの無公害焼却法として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で用いる熱分解ガス生成捕集
装置の構成略図、第２図はナイロン６６の熱分解生成ガ
スの赤外吸収スペクトル、第３図はポリエチレンの熱分
解生成ガスの赤外吸収スペクトル、第４図はポリアクリ
ロニトリルの熱分解生成ガスの赤外吸収スペクトル、第
５図はユリャ樹脂の熱分解生或ガスの赤外吸収スペクト
ルである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱分解部と接触部を有するガス化装置を用い、熱分
   解都において有機高分子化合物を加熱してガス状とする
   工程と、周期律表■族金属、クロムもしくはこれらのう
   ち１以上を含む合金、またはそれらの酸化物の群から選
   んだ少なくとも１つを充填した接触部において前記ガス
   状の生或物を不活性ガス雰囲気下で６００℃以上に加熱
   したガス化する工程とを有することを特徴とする有機高
   分子化合物のガス化方法。