JPH10292178A - ポリオレフィン系プラスチック廃棄物からの液体燃料回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重油中で、ポリオレフィン系プラスチック
を、固体酸触媒存在下、常圧で熱分解し、留出温度が１
５０℃以下の軽質留分を含まない液体燃料を得る。 【解決手段】 熱分解中に反応溶媒の重油が留出しな
い程度の長さまたは容量の水冷式冷却器を、反応容器に
対して垂直に接続した反応装置により、熱分解時に特に
気体状生成物になりやすいポリエチレンやポリプロピレ
ンなどのポリオレフィン系プラスチック廃棄物をシリカ
・アルミナなどの固体酸触媒存在下、常圧で熱分解す
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、ポリオレフィン系
プラスチック廃棄物を、重油中で固体酸触媒存在下、常
圧で熱分解して、軽質留分を含まない液体燃料を、高収
率で回収する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石油ショック以来、プラスチック廃棄物
の減容化や有効利用が叫ばれてきた。また、平成３年度
に「リサイクル法」、平成７年度には「容器包装廃棄物
リサイクル法」が制定され、技術開発が活発に行われて
いる。プラスチックリサイクル技術の一つに熱分解油化
があり、分解触媒の探索や、付加価値の高いガソリン製
造などを目的として研究されている。ポリエチレンやポ
リプロピレン廃棄物の場合、いずれも反応温度は３００
〜６００℃、触媒にはシリカ・アルミナを始めとする固
体酸触媒を使用しているケースが多い。しかし、いずれ
の報告もポリオレフィン系プラスチックの分解によるガ
ス化を避けることが出来ず、液体油の回収率が７０％以
下である。回収率の向上を目的とした研究では、触媒を
工夫した報告（特公昭５１−２６４７５）があり、液体
油の回収率９０％を達成しているが、留出温度が１５０
℃以下の工業ガソリンの留分に相当する軽質留分を２０
％含有している。また、ポリエチレン（ＰＥ）を石油に
溶解した後、接触分解させた場合（特公昭５１−２３９
８８）、１５％程度のガス状生成物が存在し、さらに、
得られた液体油の中にも軽質分が２５％含まれている。
一方、ポリオレフィン系プラスチック廃棄物の接触分解
で、留出温度が１５０℃以下の軽質留分を含まない液体
燃料の回収方法は報告されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】廃棄物の中でも、プラ
スチック廃棄物は容積が大きいため、埋め立て処分場の
寿命を短くしている。特に都市部における埋め立て処分
場は、あと数年で満杯となるため、プラスチック廃棄物
の減容化およびリサイクル技術の開発が望まれている。

【０００４】プラスチックは国内で年間１３００万トン
生産され、約８００万トン廃棄されている。その内、３
５０万トンは産業廃棄物はとして排出され、プラスチッ
クの種類が比較的限定されているので、リサイクルの対
象にしやすい。特にＰＥおよびポリプロピレン（ＰＰ）
廃棄物は全体の４０％以上を占めており、このポリオレ
フィン系プラスチック廃棄物を有効利用することが大き
な課題である。

【０００５】プラスチック廃棄物の有効利用法には、
マテリアルリサイクル（再生利用）、サーマルリサイ
クル（燃焼熱利用）、ケミカルリサイクル（化学製品
回収）の３通りが提案されている。の方法は、従来の
成型機を利用して再生品を作ることができるので最も早
く実用化されたが、再生品の品質が劣るため市場が伸び
ず減少傾向にある。の方法も、比較的容易に廃棄物固
形燃料を作れるため、最近伸びているが、燃焼排ガス処
理の問題があるため、大都市における中小企業の燃焼炉
などには、まだ使用できる状態ではない。また、の方
法により、付加価値の高いガソリンや灯油などの軽質留
分を熱分解により製造する技術が多数報告されている
が、いずれの技術も製品を実用に供するには再処理を必
要とし、また熱分解時に排出される気体状生成物も多い
ので、プラスチック廃棄物を１００％有効利用していな
い。

【０００６】本発明は、熱分解中に反応溶媒の重油が留
出しない程度の長さまたは容量の水冷式冷却器（例え
ば、リービッヒ氏形状のもの）を、反応容器に対して垂
直に接続した反応装置により、熱分解時に特に気体状生
成物になりやすいポリオレフィン系プラスチック廃棄物
を、固体酸触媒存在下、窒素を流通させ、常圧で熱分解
して、留出温度が１５０℃以下の軽質留分（工業ガソリ
ンの留分に相当）を含まない液体燃料を高収率で回収す
る方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、廃棄
物として大量に排出される、ＰＥやＰＰなどのポリオレ
フィン系プラスチック廃棄物を、シリカ・アルミナなど
の固体酸触媒存在下、常圧で熱分解して、留出温度が１
５０℃以下の軽質留分を含まない液体燃料を高収率で回
収する方法である。その際、熱分解中に反応溶媒の重油
が留出しない程度の長さまたは容量の水冷式冷却器を、
反応容器に対して垂直に接続した反応装置を使用するの
が特徴である。

【０００８】本発明に用いられる反応装置には、二股反
応容器の一方の口より窒素ガスを導入することができ、
他方の口には熱分解中に反応溶媒の重油が留出しない程
度の長さまたは容量の水冷式冷却器を、反応容器に対し
て垂直に接続したものを利用することが好ましい。加熱
は電気炉で十分である。なお、温度の測定は、反応容器
内下部、および上部の二股部の二カ所を、石英製保護管
付きのＫ熱電対で計れることが必要である。

【０００９】本発明において、原料となるＰＥやＰＰな
どのポリオレフィン系プラスチック廃棄物は、プラスチ
ック廃棄物の中の４０％以上を占めており、フイルム、
成形品、ペレットなど種々の形態で排出されるが、いず
れも反応容器に入る程度に破砕されていることが必要で
ある。

【００１０】本発明における触媒は、ペレット状の無定
形シリカ・アルミナ（Ｓ・Ａ）を反応直前に、乾燥空気
気流中、３００〜５００℃、１〜５時間焼成して活性化
したものが好ましい。触媒量は、プラスチック廃棄物量
に対し２０〜１００％の使用で良好な結果が得られる。
また、使用済み触媒を、前記活性化と同条件で処理すれ
は再生することができる。

【００１１】本発明において用いる反応溶媒は価格の安
い重油で、硫黄含有量の少ないＡ重油が好ましく、熱分
解時の使用量は、仕込みプラスチック廃棄物量の５〜２
０倍の範囲で変化させることができる。

【００１２】本発明における熱分解反応は、５〜２０ｍ
ｌ／ｍｉｎの窒素気流中で、３００〜４５０℃にて、５
時間以上行い、冷却後、収量を測定し、反応容器内容物
を回収する。

【００１３】本発明により得られた液体油の燃料として
の物性は、動粘度（懸垂液面型ウベロード粘度計；５０
℃）、蒸留性状（自動蒸留試験機ＡＤＭ−１；メイテッ
クｋｋ製）、引火点（ペンスキーマルテンス密閉式引火
点試験機ＡＰＭ−６；田中科学機器製作ｋｋ）、発熱量
（カロリメーターＣＡ−３Ｐ；ｋｋ島津製作所）につい
て測定した。

【００１４】本発明により、得られる液体燃料油の回収
率は９０％以上となり、特に、熱分解すると気体状生成
物になりやすいＰＥからの分解油を１００％回収するこ
とができる。さらに、液体油の燃料としての物性値は、
いずれもＡ重油の日本工業規格（ＪＩＳ）の値を満たし
ており、さらに留出温度が１５０℃以下の工業ガソリン
の留分に相当する軽質留分を含まない液体燃料である。

【００１５】本発明により、１５０℃以下の軽質留分を
含まない燃料油を高収率で得ることができる理由は、以
下のような順序で反応が進行するためと考察される。
熱分解初期に、ＰＥ、Ａ重油はそれぞれＳ・Ａ触媒で、
ある程度分解される。Ａ重油の低沸点成分は、水冷式
冷却器部へ上昇する。ＰＥからの低沸点分解物は水冷
式冷却器部の、ですでに上昇した油分へ溶解する。
反応容器内ではＳ・Ａ触媒と、ＰＥおよびＡ重油の高分
子量部分のみが接触分解反応に関与する。反応終了
後、水冷式冷却器部の油分は反応容器に戻る。

【００１６】

【発明の実施形態】発明の実施形態を実施例にもとづき
説明する。６００ｍｌ石英製二股反応容器（長さ２１０
ｍｍ、内径６０ｍｍ）に、ＰＥ４ｇ、Ｓ・Ａ触媒４ｇ
（４００℃、３時間、空気焼成）、Ａ重油１００ｍｌを
入れた。二股の一方の口に窒素導入管、他方の口には内
径１０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの水冷式冷却器（リービ
ッヒ氏形状）を垂直に接続した後、窒素ガスを流通させ
内部の空気を置換した。Ｋ熱電対を反応容器内の下部と
上部に、石英製保護管を介して挿入し、電気炉により加
熱を開始した。水冷式冷却器部に留出物が上昇し、反応
容器内上部の温度が急上昇した時点を反応開始とし、反
応容器内下部の温度を３５０℃に保ち、５時間熱分解を
行った。

【００１７】反応終了後、一晩冷却し、反応容器ごと重
量を測定して、液体油の収率を算出したところ９１％で
あった。一方、ブランクとしてＰＥ非存在下で、同条件
で熱分解すると、液体収率は９１％と全く同じであった
ところから、液体収率の減少はＡ重油の熱分解によるこ
とが明らかとなった。よって、ＰＥからは１００％液体
油が得られることが示された。

【００１８】反応容器内容物を、デカンテーションおよ
びろ過により、Ｓ・Ａ触媒を分離し、均一な燃料油を回
収した。回収した燃料油は、動粘度（３．６ｍｍ^２／
ｓ）、初留点（１６０℃）および引火点（６４℃）にお
いてＪＩＳのＡ重油の規格値を満たしており、また１５
０℃以下の軽質留分を含まず、さらに発熱量も１０８０
０ｃａｌ／ｇと十分に高い値であることを確認した。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱分解中に反応溶媒のＡ重油が留出しない程度の長さま
たは容量の水冷式冷却器を、反応容器に対して垂直に接
続した反応装置により、ポリエチレンなどのポリオレフ
ィン系プラスチック廃棄物を、シリカ・アルミナなどの
固体酸触媒存在下、窒素を流通させ、常圧で熱分解する
と、液体燃料の回収率は９０％以上となり、特にＰＥか
らの分解油は１００％回収できた。また、回収油は留出
温度が１５０℃以下の工業ガソリンの留分に相当する軽
質留分が存在しないため、従来の重油バーナーで安全に
使用できる。よって本発明は、プラスチック廃棄物から
高収率で液体燃料を製造できる、経済効果の大きい工業
プロセスである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｊ 11/10 ＣＥＳ Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ Ｃ１０Ｌ 1/04 ３０２Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱分解中に反応溶媒の重油が留出しない
   程度の長さまたは容量の水冷式冷却器を、反応容器に対
   して垂直に接続した反応装置により、ポリオレフィン系
   プラスチック廃棄物を、固体酸触媒存在下、常圧で熱分
   解することを特徴とする、留出温度が１５０℃以下の軽
   質留分を含まない液体燃料の回収方法。