JPH11106558A - ポリ塩化ビニール等の塩素を含有する廃プラスチックスの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリ塩化ビニール樹脂を含有する廃プラスチ
ックスを溶融熱分解し、ポリ塩化ビニール樹脂中に含有
されている塩素を塩化水素として分離し除去する際に、
粘ちゅうな流体である溶融プラスチックス中に残存する
塩化水素を含有する分解ガスを効率よく抜き出し除去す
る。 【解決手段】 ポリ塩化ビニール樹脂等、塩素を含有す
る廃プラスチックスを、溶融、熱分解して、溶融プラス
チックス中から塩化水素を含む分解ガスを分離する廃プ
ラスチックスの処理方法において、前記塩素が分離され
た溶融プラスチックスを冷却して固化すると共に、固化
したプラスチックスを破砕することによって、プラスチ
ックス中に取り込まれている塩化水素を含む分解ガスを
分離し、実質的に塩素を含有しないプラスチックス固化
物を得る。

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、ポリ塩化ビニー
ル等の塩素を含有する廃プラスチックスを、溶融、熱分
解して、前記廃プラスチックス中の塩素を塩化水素とし
て分離し、実質的に塩素を含有しない廃プラスチックス
の溶融、再固化処理物質を得る、廃プラスチックスの処
理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリ塩化ビニール等の塩素を含有する廃
プラスチックスを化学的に分解して、固体または液体の
燃料を得る廃プラスチックスの処理方法には、従来から
種々のプロセスが知られており、その典型的な従来技術
として、廃プラスチックスを加熱して溶融し、廃プラス
チックス中のポリ塩化ビニールを２００〜３６０℃の温
度で熱分解することにより、ポリ塩化ビニール中に含有
されている塩素分を塩化水素として除去し、塩素を含ま
ない良質の燃料その他の製品を得る方法が知られてい
る。

【０００３】図３は、上記従来技術の一例を示す工程図
である。図面に示すように、破砕機１、ホッパー２、押
し出し機３、気液分離器４および分解ガス処理ユニット
５がこの順序で配置されており、廃プラスチックスは、
破砕機１において破砕されその粒度が調整された後、ホ
ッパー２を経て押し出し機３に供給される。

【０００４】廃プラスチックスは、押し出し機３におい
て、押し出し時に生ずる摩擦熱および／または押し出し
機３に付設された加熱機構により、塩化水素の発生温度
である２００℃以上に加熱されて溶融し混練されながら
熱分解される。

【０００５】溶融した廃プラスチックスは気液分離器４
に送られ、気液分離器４において溶融プラスチックスと
分解ガスとに分離される。気液分離器４において分離さ
れた分解ガスは、分解ガス処理ユニット５において水に
吸収され粗塩酸となる。一方、気液分離器４において分
離された溶融プラスチックスは、溶融プラスチックス処
理工程６において処理され、燃料またはその他の製品の
中間物質となる（以下、従来技術１という）。

【０００６】図４は、従来技術の他の例を示す工程図で
ある。この例においては、従来技術１の気液分離器４の
代わりに熱分解槽７が設けられている。廃プラスチック
スは押し出し機３において加熱され、その一部または全
部が溶融して減容化される。このときの、押し出し機３
における溶融プラスチックスの出口温度は、塩化水素発
生温度よりも低く、従って、押し出し機３内において
は、塩化水素は発生しない。

【０００７】押し出し機３から排出された溶融プラスチ
ックスは、熱分解槽７に供給され、熱分解槽７において
更に昇温されて分解温度に達し、塩化水素が発生する。
このようにして発生した塩化水素を含む分解ガスは、溶
融プラスチックスから分離して熱分解槽７の上部から排
出され、分解ガス処理ユニット５において水に吸収され
粗塩酸となる。一方、熱分解槽７において塩化水素を分
離した溶融プラスチックスは、熱分解槽７の下部から排
出され、溶融プラスチックス処理工程６において燃料ま
たはその他の製品の中間物質となる（以下、従来技術２
という）。

【０００８】図５は、従来技術の更に他の例を示す工程
図である。この例においては、押し出し機３の代わりに
スクリューフィーダー８が設けられており、ホッパー２
から排出された廃プラスチックスは、スクリューフィー
ダー８を経て直接熱分解槽７に供給され、熱分解槽７に
おいて分解温度にまで昇温されて、塩化水素が発生す
る。以下、従来技術２と同様に、発生した塩化水素を含
む分解ガスは、溶融プラスチックスから分離し、分解ガ
ス処理ユニット５において処理され粗塩酸となり、一
方、熱分解槽７において塩化水素を分離した溶融プラス
チックスは、溶融プラスチックス処理工程６に送られて
処理される（以下、従来技術３という）。

【０００９】上述した従来技術において、気液分離器４
または熱分解槽７において、溶融プラスチックスの内部
から気泡として発生した塩化水素を含む分解ガスは、そ
の密度差のみを推進力として、溶融プラスチックス中か
ら分離し抜き出される。

【００１０】このような、溶融プラスチックス中からの
塩化水素を含む分解ガスの処理に際し、次のような問題
がある。即ち、廃プラスチックス中のポリ塩化ビニール
が熱分解を受けると、塩化ビニール樹脂は、その分子量
が低下すると同時に、塩化水素を含有する分解ガスが極
めて小さい気泡として発生する。この塩化水素と、主と
して炭素数の小さい炭化水素ガスとの混合物である分解
ガスの気泡は、溶融プラスチックスの粘度がある程度低
ければ、密度差によって溶融プラスチックスの内部を上
昇し、互いに合体、成長しながら上昇を続けて、溶融プ
ラスチックス中から抜け出る。

【００１１】しかしながら、溶融プラスチックスは、そ
の粘度が比較的高く粘ちゅうな流体であるために、上記
分解ガスの気泡が、必ずしも全部抜け出るとは限らな
い。即ち、溶融プラスチックスの粘度は、その溶融温
度、プラスチックスの種類、２種以上の異なる種類のプ
ラスチックス混合物を処理する場合には、その異なる種
類のプラスチックスの混合割合等によって変動する。

【００１２】一方、ポリ塩化ビニールの熱分解は、その
温度上昇に対して２段階で起こることが知られている。
例えば、「McNeill, et. al. Polym. Degradation Sta
b. 49, 181 - 191('95)」等に開示されているように、
第１段階は、２００〜３６０℃の温度範囲で起こり、そ
の主分解生成物は、塩化水素とベンゼンである。第２段
階は、３６０℃以上の温度に昇温したときに起こり、分
解反応によって橋かけ構造のポリエンであるタールや油
分と低分子状炭化水素が生成し始める。この分解反応
は、４５０℃の温度で最も激しく起こり、約５００℃位
までは継続的に生ずるが、約５００℃を超えて高くなる
と、脱水素反応が増大し、いわゆるコーキング反応が主
体になると考えられている。

【００１３】上記第１段階の反応が起こる温度範囲即ち
２００〜３６０℃においては、基本的に温度が高くなれ
ばなるほど、溶融プラスチックスの粘度は低くなるが、
上記温度範囲を超えて、併発する脱水素反応の生ずる割
合が高くなると、コークス等の分解生成物が増大するた
めに、粘度はむしろ高くなる場合がある。

【００１４】従って、条件によっては、塩化水素ガスの
発生反応が完了した後においても、溶融プラスチックス
の粘度が比較的高く、塩化水素を含む分解ガスの一部
が、気泡のまま溶融プラスチックス中に閉じ込められて
しまう場合が発生する。このように、塩化水素を含む分
解ガスの一部が気泡として溶融プラスチックス中に閉じ
込められていると、最終目的物である製品中に塩素が残
留する不都合が生ずる。

【００１５】このような問題を解決するために、溶融プ
ラスチックス中に、砂その他の適切な粒度の不活性固形
物または石炭、コークス等の炭素質固形燃料を混合し、
その空隙率を上げることによって、粘ちゅうな溶融プラ
スチックス中からの分解ガスの脱ガスを容易にし、溶融
プラスチックス中に分解ガスの一部が取り残される不都
合を防止する方法が知られている。

【００１６】しかしながら、上記方法によっても溶融プ
ラスチックス中から塩化水素を含有する分解ガスを完全
に除去することは困難であって、上記方法により分解ガ
スを除去した一例によれば、分解ガス中の塩素分のうち
約５％は溶融プラスチックス中に取り残され、これを除
去することはできなかった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
技術によっては、溶融プラスチックス中から、気泡とし
て残されている塩化水素を含有する分解ガスを取り除く
ことは困難であり、塩化水素を含んだまま次工程に送ら
れる。従って、次工程に送られた溶融プラスチックス
は、その後の工程において脱塩素処理を十分に行わない
と、最終製品中に残留塩素として残り製品品質を下げる
原因となる。

【００１８】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、ポリ塩化ビニール樹脂を含有する廃プラスチ
ックスを溶融、熱分解し、ポリ塩化ビニール樹脂中に含
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、粘ちゅうな流体である溶融プラスチックス中に存在
する、塩化水素を含有する分解ガスを、溶融プラスチッ
クス中から効率よく抜き出し、除去することができる方
法を提供することにある。

【００１９】

【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、溶融プラスチックスの脱ガス工程において、
溶融プラスチックス中から塩化水素を含む分解ガスを完
全に除去し、最終製品中に塩素が残留することがない、
ポリ塩化ビニール等の塩素を含有する廃プラスチックス
の処理方法を開発すべく鋭意研究を重ねた。

【００２０】その結果、塩化水素生成反応が完全に終了
した溶融プラスチックスを、冷却して固化しそして破砕
すれば、再固化された廃プラスチックス中に物理的に気
泡として取り込まれた分解ガスを物理的に除去し得るこ
とを知見した。

【００２１】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に記載の発明は、ポリ塩化ビニ
ール等、塩素を含有する廃プラスチックスを、２００℃
以上の温度まで昇温させて溶融、熱分解せしめ、溶融プ
ラスチックス中から塩化水素を含む分解ガスを分離する
廃プラスチックスの処理方法において、前記塩素が分離
された溶融プラスチックスを冷却して固化すると共に、
固化したプラスチックスを破砕することによって、前記
固化したプラスチックス中に取り込まれている、塩化水
素を含む分解ガスを分離し、実質的に塩素を含有しない
プラスチックス固化物を得ることに特徴を有するもので
ある。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、この発明を図面を参照しな
がら説明する。図１は、本発明方法の一実施態様を示す
工程図である。図面に示すように、ポリ塩化ビニール等
の塩素を含有する廃プラスチックスは、破砕機１におい
て破砕され、その粒度が調整された後、ホッパー２を経
て押し出し機３に供給され、押し出し機３において塩化
水素の発生温度である２００℃以上に加熱され、熱分解
しながら溶融し混練されて減容化される。このようにし
て減容化された廃プラスチックスは、熱分解槽７に送ら
れ、熱分解槽７で更に昇温されて分解温度に達し、塩化
水素が発生する。

【００２３】高粘度の流体である溶融プラスチックスか
ら分離された塩化水素を含む分解ガスは、熱分解槽７の
上部に設けられた排ガス排出口から排出され分解ガス処
理ユニットにおいて処理されることは、従来技術２と同
じである。

【００２４】この発明においては、熱分解槽７において
塩化水素を含む分解ガスを分離した溶融プラスチックス
は、熱分解槽７の底部に設けられた排出口から排出さ
れ、冷却ジャケットを有するアトリッターのよう破砕機
９に送られる。破砕機９は、容器１０内に設けられた回
転する攪拌翼１１と、容器１０内に収容された多数の破
砕用鋼球１２と、容器１０を収容しこれを冷却するため
の冷却ジャケット１３とからなっており、冷却ジャケッ
ト１３の下部には冷却水供給管が接続され、冷却ジャケ
ット１３の上部には冷却水排出管が接続されている。

【００２５】破砕機９の容器１０内に供給された溶融プ
ラスチックスは、冷却ジャケット１３によって冷却され
再固化すると共に、攪拌翼１１によって攪拌されている
多数の鋼球１２によって破砕される。その結果、再固化
された廃プラスチックス中に気泡として閉じ込められて
いた分解ガスは破砕によって放出され、実質的に塩化水
素を含有しないプラスチックスとなり、破砕機９から排
出される。なお、破砕機９において分離された分解ガス
は、分解ガス処理ユニット５に送られ処理される。

【００２６】このようにして破砕機９から排出された実
質的に塩化水素を含有しない廃プラスチックスの溶融、
再固化物質は、そのまま粉体燃料として各種目的のため
に使用され、または、さらに高度の改質を施して、最終
製品となる。

【００２７】図２は、本発明の他の実施態様を示す工程
図である。この実施態様は、廃プラスチックスを製鉄用
高炉への補助燃料や火力発電用ボイラーの補助燃料とし
ての粉体燃料として使用する場合に好適な例であって、
溶融プラスチックスからの分解ガスの分離効率を更に向
上させるために、押し出し機３において溶融、混練され
る廃プラスチックス中に、押し出し機３の入側またはそ
の途中から、石炭、コークス等の炭素質固体燃料が添加
され廃プラスチックスと混合される。

【００２８】このように、押し出し機３において、溶融
プラスチックスから塩化水素が発生し始める温度に昇温
される以前に、溶融プラスチックス中に炭素質固体燃料
が添加、混練されることによって、混合物の空隙率が高
まる。従って、この混合物が熱分解槽７において更に昇
温され、混合物中から分解ガスが発生したときに、溶融
プラスチックス中からの分解ガスの分離は、より効率的
に行われる。

【００２９】炭素質固体燃料の添加位置は、押し出し機
３における、廃プラスチックスの温度が熱分解開始温度
に達する位置よりも前の位置であればどこでもよく、ま
た、本発明装置を図３の従来技術１および図５の従来技
術３と組み合せた場合には、気液分離器４または熱分解
槽７内に直接供給するほか、それ以前の工程のどこかで
供給すればよい。

【００３０】溶融プラスチックスと炭素質固体燃料との
混合物は、熱分解槽７から取り出されて破砕機９に供給
され、破砕機９の冷却ジャケット１３によって急冷、固
化されると共に、攪拌翼１１によって攪拌されている多
数の破砕用鋼球１２により破砕される。その結果、再固
化された廃プラスチックス中に気泡として閉じ込められ
ていた分解ガスは放出され、実質的に塩化水素を含有し
ない固体燃料として、そのまま最終用途に供される。な
お、破砕機９において分離された分解ガスは、分解ガス
処理ユニット５に送られ処理される。

【００３１】押し出し機３および／または熱分解槽７に
おいて行われる廃プラスチックス中のポリ塩化ビニール
樹脂の分解は、廃プラスチックスを２００℃から３６０
℃の温度まで加熱することにより誘起される熱分解によ
って行うことが好ましい。廃プラスチックスに対する加
熱温度が２００℃未満では熱分解が生ぜず、一方、加熱
温度が３６０℃を超えると、溶融物がコーキング化する
問題が生ずる。

【００３２】溶融プラスチックスを冷却、固化、破砕す
るための手段としては、上述した冷却ジャケットを有す
る破砕機９のほか、各々冷却手段が付設された攪拌ミ
ル、ボールミル、ロッドミルまたは振動ボールミル等が
使用される。

【００３３】また、溶融プラスチックスが収容されてい
る破砕機９の容器１０内に、冷却した不活性ガスを吹き
つけることによって冷却してもよい。このような不活性
ガスの吹きつけによる冷却は、冷却ジャケット１３によ
る容器１０の冷却と併用してもよい。

【００３４】

【実施例】次に、この発明を実施例により説明する。図
２に示した工程に従って廃プラスチックスを処理した。
即ち、破砕機１において破砕された廃プラスチックス
を、ホッパー２、押し出し機３を経て熱分解槽４に供給
し、熱分解槽４において３８０℃の温度まで昇温させる
ことにより、前記廃プラスチックスを熱分解した。その
際、押し出し機３において、破砕された廃プラスチック
ス中に、３〜５メッシュの粒度の石炭粒子を添加し混合
した。

【００３５】熱分解槽４において、廃プラスチックスの
溶融による熱分解反応によって生じた分解ガスは、分解
ガス処理ユニット５に送り込み、分解ガス処理ユニット
５において処理し、粗塩酸として回収した。

【００３６】熱分解槽４において分解ガスを分離した高
粘度の流体である溶融プラスチックスと石炭粒子との混
合物は、冷却ジャケット付きの破砕機９に供給され、破
砕機９の冷却ジャケット１３によって冷却、固化される
と共に、攪拌翼１１によって攪拌されている多数の破砕
用鋼球１２により破砕した。破砕物の粒度は、その５０
％が２８メッシュ以下であった。

【００３７】その結果、再固化された廃プラスチックス
中に気泡として閉じ込められていた塩化水素を含有する
分解ガスは、破砕によって放出され、廃プラスチックス
中に含有されている塩素分の約９８％は除去されて、実
質的に塩化水素を含有しない固体燃料が得られた。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
ポリ塩化ビニール樹脂を含有する廃プラスチックスを溶
融、熱分解し、ポリ塩化ビニール樹脂中に含有されてい
る塩素を塩化水素として分離し除去するに際し、粘ちゅ
うな流体である溶融プラスチックス中に存在する塩化水
素を含有する分解ガスを、溶融プラスチックス中から効
率よく抜き出し、除去することができ、塩素を含まない
良質の燃料その他の製品が得られる工業上、有用な効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施態様を示す工程図である。

【図２】この発明の他の実施態様を示す工程図である。

【図３】従来技術１の工程図である。

【図４】従来技術２の工程図である。

【図５】従来技術３の工程図である。

【符号の説明】

１ 破砕機 ２ ホッパー ３ 押し出し機 ４ 気液分離機 ５ 分解ガス処理ユニット ６ 溶融プラスチックス処理工程 ７ 熱分解槽 ８ スクリューフィーダ ９ 破砕機 10 容器 11 攪拌翼 12 鋼球 13 冷却ジャケット

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリ塩化ビニール等、塩素を含有する廃
   プラスチックスを、２００℃以上の温度まで昇温させて
   溶融、熱分解せしめ、溶融プラスチックス中から塩化水
   素を含む分解ガスを分離する廃プラスチックスの処理方
   法において、前記塩素が分離された溶融プラスチックス
   を冷却して固化すると共に、固化したプラスチックスを
   破砕することによって、前記固化したプラスチックス中
   に取り込まれている、塩化水素を含む分解ガスを分離
   し、実質的に塩素を含有しないプラスチックス固化物を
   得ることを特徴とする、廃プラスチックスの処理方法。
2. 【請求項２】 前記塩素を含有する廃プラスチックスの
   熱分解を、２００〜３６０℃の温度範囲で行う、請求項
   １に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記塩素を含有する廃プラスチックス
   を、２００℃以上の温度に昇温させる手段または前記昇
   温手段の一部として、押し出し機を使用する、請求項１
   または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記塩素を含有する廃プラスチックス
   を、熱分解温度まで昇温させる昇温工程よりも前の工
   程、または、前記昇温工程の途中における、前記廃プラ
   スチックスが熱分解温度に達する前において、前記廃プ
   ラスチックス中に炭素質固体燃料を混入する、請求項１
   から３の何れか１つに記載の方法。
5. 【請求項５】 前記廃プラスチックス中に混入する炭素
   質固体燃料が、石炭またはコークスである、請求項４に
   記載の方法。
6. 【請求項６】 前記溶融プラスチックスの冷却を、冷却
   された不活性ガスの直接接触によって行う、請求項１か
   ら５の何れか１つに記載の方法。
7. 【請求項７】 前記溶融プラスチックスの冷却、固化お
   よび破砕を、各々冷却手段が付加された攪拌ミル、ボー
   ルミル、ロッドミルまたは振動ボールミルによって行
   う、請求項１から５の何れか１つに記載の方法。
8. 【請求項８】 前記溶融プラスチックスの冷却手段とし
   て冷却水ジャケットを使用する、請求項７に記載の方
   法。
9. 【請求項９】 前記溶融プラスチックスの冷却手段とし
   て、冷却された不活性ガスを使用する、請求項７に記載
   の方法。