JPS6014068B2 - プラスチツク廃棄物の熱分解法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、プラスチック廃棄物の熱分解に際して反応
器内にカーボン生成を阻止し、且つ触媒活性を常に維持
しながら熱分解を行うことにより、燃料や素原料として
有用な液状炭化水素油を得るための方法とその装置に関
する。

プラスチック廃棄物はゴミと共に産業や経済の発達にと
もないその量が大量に発生し、年々増加を重ねている。

今まで、プラスチック廃棄物はほとんど埋立たり、花壇
やくい等のように再生できるものや同質のものを分別し
て、再利用してきたが、毎日大量に排出されているので
造つかず、廃棄場所や再加工処理方法が限界に達してい
る。次の処理方法として燃焼やガス化等の方法が適切に
行なわれるならば、プラスチック廃棄物を無くすること
は明らかである。

しかしプラスチック廃棄物の燃焼は部分的に高温度を生
じるので燃焼技術のトラブルを起し、有害ガスやススを
大量に発生して大気汚染による公害を生じる。

また、プラスチック廃棄物を部分酸化や７００℃以上の
温度で熱分解させ、ガス燃料として利用することを考え
られるが、収集、洗膝、砕粉、及び供総合方法等の前処
理と反応器及びガスタンクに某大な設備費用、補助燃料
を必面とするので運転費が高くつき経済的に採算がとれ
ない。

・そのため、プラスチック廃棄物を簡単な方法と装置で
炭化水素油にして燃料や工業用素原料にすることができ
れば、灯油や重油の代替エネルギーとなる上に公害防止
にも役立つことになる。

この発明は、プラスチック廃棄物の実情に鑑み、鋭意研
究をかさねた結果、廃棄物から直接的に資源化して高品
位の炭化水素油を回収し得る方法とその装置を開発した
もので、資源の乏しい我国のエネルギー問題をある程度
まで改善することを可能とし、しかも簡単な設備と安価
な費用で適切に処理することができる。この発明にした
がえば、プラスチック廃棄物は触媒とともに予備反応槽
内に供給され、ここで熱処理された後、液体の生成物を
第１反応槽内に供給して触媒の存在下で４００〜４７０
℃の温度範囲で燈拝しながら熱分解を行い、更に熱分解
により発生した蒸気状生成物を３５０〜４７び０に加熱
した粒径１〜１５肋の第２反応槽の触媒層に通して二次
熱分解処理を行い、且つ第１反応横内で劣化した触媒は
糟外に適宜抜き取るようにしたものである。

即ち、この発明によればプラスチック廃棄物は予備反応
槽内で触媒とともに熱処理されるため、ある程度熱分解
された状態で液状の生成物として触媒とともに第１反応
槽に送られ、更にここで熱分解され、またカーボン等が
付着して劣化した触媒は第１反応槽より適宜抜き取られ
るので、毅応速度を従来の熱分解より数倍速めることが
でき、また第１反応槽内の触媒活性を常に保持するこて
ができる。ここで、使用する触媒としてはアルミナ・酸
化鉄系、珪酸・酸化鉄系等の触媒を挙げることができる
が、特にゼオラィト等の珪酸・酸化鉄系触媒が好ましい
。

これは次の理由よるものである。

即ち、プラスチック廃棄物は熱伝導が悪く、熱分解反応
槽内の温度を設定温度に維持するには、内壁と外壁に大
きな温度差を生じるので運転中に反応槽内伝導面にカー
ボンが析出する。これは強制的に縄梓棒によって取り除
くことができるが次第にトルクが大きくなって破損する
虜れがある。これに対してこの発明のように粒径１仇岬
程度の珪酸・酸化鉄系触媒を第１反応槽内に収容して温
度４００〜４７０ｑＣに保ち、蝿拝することによって第
１反応槽内温度が均一になり、触媒がカーボンを含有す
る役目もあるので第１反応槽内壁のカーボン付着を防止
できる。

またこの発明においてはプラスチック廃棄物の熱分解を
珪酸・酸化鉄系触媒の存在下で、４００〜４７０ｑｏの
温度範囲で行うことにより、生成物留出速度を速め、カ
ーボンの生成を防止できる。

即ち、熱分解のみの留出速度を基準とすると、同じ温度
条件で珪酸・酸化鉄系触媒を用いた留出速度は３．ｑ音
程度早くなる。これは予備反応＊費内でプラスチック廃
棄物と蓮酸・酸化鉄系触媒が混合これ、３６０℃程度の
温度に加熱されるので、プラスチック廃棄物は触媒に浸
透し、そのためプラスチック廃棄物と触媒との混合が十
分に行われ、第１反応槽内への試料の供給が円滑に行わ
れ、熱分解を促進するのである。

またこの発明によれば、プラスチック廃棄物は第１反応
槽内で触媒の存在下で４００〜４７０ｑｏの温度範囲で
縄拝しながら熱分解を行い、更に熱分解により発生した
蒸気状生成物を３５０〜４７０午０に加熱した粒径１〜
１５脇、好ましくは１物収程度の触媒層を設けた第２反
応糟に通して二次熱分解処理を行うことにより異性化し
て燃料や工業用素原料に適した高品位の炭化水素油を得
ることができる。特に、この発明によれば上記条件下で
蒸気状生成物を触媒層に通して二次熱分解処理を行うた
め、異性化が進み、高品位の炭化水素油を得ることがで
きる。例えば、ボリオレフィン系プラスチック廃棄物に
ついては単に熱分解処理した場合には炭素数分布Ｃ〜Ｃ
４２という広い分子量分布範囲の生成物が得られ、これ
は室温でワックス状を呈するため、その利用法に限界が
ある。

しかし、この発明のように３５０〜４７０ｑｏの触媒層
内を通過させると、異性化が進み、炭素数分布ち〜Ｃ２
４、Ｃ５〜Ｃ２ｏの分子量分布範囲の生成油となる。こ
れを平均分子量について比較すると、触媒を用いない熱
分解処理によると２４５〜２８５の範囲にあるのに対し
て触媒層内を通過させて二次熱分解を行うと、１３５〜
１９０の範囲となり、それぞれ分子量分布範囲が狭く、
低分子側に片寄るので燃料や工業用素原料として最適な
ものとなる。

更に触媒層の温度が３５０℃以下であると、熱分解が不
十分でワックスが付着し、４７０ｏｏ以上であると、熱
分解が進み過ぎ、力−ボンが付着する。

これに対して３５０〜４７０℃の温度範囲では分子量分
布範囲が狭く、室温で高品位の炭化水素独を得ることが
できる。またこの発明の触媒層に用いる触媒としてはア
ルミナ・酸化鉄系触媒、例えばアルミナ・酸化鉄の５０
０午０焼成物、アルミナ・蓮酸系触媒、蓮酸・酸化鉄系
触媒、例えばゼオラィト等であり、その粒径は１〜１５
帆、好ましくは１仇吻程度のものを使用する。

粒径１５肌以下としたのは、蒸気状生成物と触媒との接
触を高めるためであり、また粒径を１肋以上としたのは
、触媒層に気体の通過できる空隙を形成するためである
。

なお、この発明の原料として用いるプラスチック廃棄物
は熱可塑性プラスチック、例えばポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリブチレンのようなオレフィン系の単独重
合体、ポリスチレン等の単独重合体、エチレン、プロピ
レン、ブチレン、スチレン、ブタジェンその他の共重合
可能な単量体との共重合体或いはポリエチレン等の架橋
体などである。

そして、この発明によれば、これまで廃棄され放置され
ているプラスチック廃棄物を原料として燃料や工業用素
原料を製造し得るので資源の有効利用及び公害防止を図
ることができる。

以下、この発明を図示の実施例に基いて説明する。

１は、プラスチック廃棄物の熱分解反応装置であって、
熱分解反応装置１は第１反応槽２及び第１反応槽２の上
方に位置し、内部に粒径１〜１５肋の触媒層を設けた第
２反応糟３、予備反応槽４、劣化触媒の取出装置５等よ
り構成されている。

第１反応槽２は内部中央に蝿洋装層６が設けられ、更に
熱電対等で構成される温度計７、レベル計８が挿入され
ている。第２反応槽の触媒層は例えば粒径１仇舷程度の
アルミナ・酸化鉄系触媒を充填して構成され、更に第１
反応槽２と第２反応槽３の外周にはヒータを設け、第１
反応槽２内の温度が４００〜４７０℃、第２反応槽３内
の温度が３５０〜４７０ｑ０にそれぞれ設定されるよう
に加熱される。

予備反応槽４はその上端を開口し、該関口部には取外し
可能な蓋４ａが設けられ、またその底部にはスクＩＪュ
ーフィーダ等により構成される触媒及び溶融状のプラス
チック廃棄物の移送手段９が設けられ、該移送手段９の
先端は上記第１反応槽２内の高さの途中に臨ませる。

なお予備反応槽４の外周にはヒータが設けられ、内部の
温度を例えば３６０℃程度に設定する。一方劣化触媒の
取出装置５はスクリューフィーダ等で構成して第１反応
槽２の底部に接続する。

更にその先端には劣化触媒の橘集槽１０を設ける。プラ
スチック廃棄物はゼオラィト等の珪酸・酸化鉄系触媒と
ともに予備反応槽４の上端関口より内部に送入し、その
一部を熱分解して溶融状態にする。

溶融状のプラスチック廃棄物は触媒とともに移送手段９
により第１反応槽２内に供給される。

第１反応槽２内では供Ｖ給された溶融状のプラスチック
廃棄物と触媒の混合物を燈浮袋層６を用いて均一に鷹拝
しながら４００〜４７０℃の温度範囲で加熱する。これ
により第１反応槽２内の溶融相は均一に加熱され、同時
にプラスチック廃棄物は熱分解し、更にその一部は異性
化して蟹出する。

また第１反応槽２より蟹出した蒸気状生成物は第２反応
槽３内の触媒層を通過する際に、上述のように蒸気状生
成物の熱容量と補助的な外部ヒータにより３５０〜４７
０ｑｏの温度範囲に設定されているので、二次熱分解を
受け、異性化が進行する。

一方第１反応槽２においてプラスチック廃棄物の熱分解
に寄与した触媒はその表面にカーボンが付着して次第に
劣化し、且つ重くなって第１反応槽２の底部に移行する
ので、適宜に取出装置５を駆動して底部に移行した劣化
触媒を第１反応槽２により抜き取り、瓶集槽１０内に収
容する。捕集槽１０内に収容された劣化触媒は５００℃
程度に加熱すれば、表面に付着したカーボンは炭化ガス
となるので、触媒の再生、再利用ができる。なお排出さ
れた触媒の補給は、予備反応槽４よりプラスチック廃棄
物とともに第１反応槽２に供給されるが、予備反応槽４
内に供聯合されるプラスチック廃棄物と触媒の混合比を
変えることにより、その補給量を任意に調整することが
できる。一方、第２反応糟３の上側には外部にコンデン
サ１１を有する冷却管１２が接続され、冷却管１２の先
端には貯油槽１３が設けられる。したがって第２反応槽
３内で熱分解により異性化された留出物は冷却管１２を
通過する過程で冷却され、液化されて貯油槽１３に燕集
される。

なお貯油槽１３の上部にはコンテンサ１４が設置されて
いるため、貯油槽１３内の生成油はこれにより再度冷却
され、殆んど狩油槽１３内に捕集することができる。瓶
集された生成油はバルブ１５を開くことにより外部に取
出すことができる。また第１反応槽２、第２反応槽３の
温度制御は温度計７を観察することにより可能であり、
更に第１反応槽２の熔融相のレベル制御はしベル計８を
観察することにより行うことができる。次に、この発明
に係る熱分解反応装置を用いたプラスチック廃棄物の熱
分解処理における実験結果を示す。

０１ 熱分解反応装置 図示の実施例と同様な構造の鉄製装置で、第１反応槽は
高さ２０物吻、内径、１４仇豚、第２反応槽は高さ１２
仇肋、内径６５風。

＊【２１使用原料 ポリエチレン容器の廃棄物、農業用ポリエチレンフイル
ム７０夕。

上記使用原料は予備反応槽４内で３６０００に加熱され
、溶融状態でスクリューフィーダ９により第１反応槽２
、第２反応槽３内に供Ｖ給して下記の温度条件で熱分解
を行なった。

この際の収率、性状、分子量分布、蟹出速度を第１反応
槽、第２反応槽に触媒を用いた場合（本発明実施例）、
第１反応槽に触媒を用い、第２反応槽に触媒を用いない
場合（比較例１）、第２反応糟に触媒を用い、第１反応
槽に触媒を用いない場合（比較例２入第１、第２反応槽
いずれにも触媒を用いない場合（比較例３）について下
表に示す。

なお表中※は測定時間６０分である。上記結果より明ら
かなように、比較例１においては生成油の性状が劣り、
比較例２においては留出速度が遅く、また比較例３にお
いては生成油がワックス状であるが、本発明実施例にお
いてはこのような欠点は全くない。

【図面の簡単な説明】 図面は、この発明の一実施例を示す熱分解反応装置の概
略図。 図中、１は熱分解反応装置、２は第１反応槽、３は第２
反応槽、４は予備反応槽、５は劣化触媒の取出装贋。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予備反応槽内ではプラスチツク廃棄物を触媒ととも
   に供給し、該プラスチツク廃棄物を熱溶融した後、溶融
   状の生成物を第１反応槽内に供給して触媒の存在下で４
   ００〜４７０℃の温度範囲で撹拌しながら熱分解を行い
   、更に熱分解により発生した蒸気状生成物を３５０〜４
   ７０℃に加熱した粒径１〜１５ｍｍの触媒層を収容した
   第２反応槽内に通して二次熱分解処理を行い、且つ第１
   反応槽内で劣化した触媒は槽外に適宜抜き取るようにし
   たことを特徴とするプラスチツク廃棄物の熱分解法。 ２ 触媒とプラスチツク廃棄物を供給して該プラスチツ
   ク廃棄物を熱処理する予備反応槽と、該予備反応槽より
   供給された液状の生成物を触媒の存在下で熱分解反応を
   行わせる第１反応槽と、粒径１〜１５ｍｍの触媒層を収
   容してなる第２反応槽と、上記第１反応槽の下方に設け
   られた劣化触媒の取出し装置とから構成されるプラスチ
   ツク廃棄物の熱分解装置。