JPH11216445A - 廃プラスチックの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重金属、塩素を含む廃プラスチックを有効に
資源として再利用する。 【解決手段】 廃プラスチックを１３００〜１６００℃
で酸素ガスで燃焼分解してＣＯ、Ｈ₂を主成分とするガ
スを回収し、重金属を金属蒸気で揮発して、冷却後固化
して集塵機で回収し、塩素は塩酸として回収して有効利
用する。廃プラスチック中の無機物は、ガス化炉底部か
ら溶融物を分離して水砕状のスラグとして有効利用す
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、塩素及び重金属を
含有するプラスチックから燃料ガスと重金属、塩酸を回
収するプラスチックの処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年資源リサイクルの要望から、廃プラ
スチックのリサイクル利用が進んできているが、まだ廃
棄あるいは焼却処理されているのが多いのが現状であ
る。廃プラスチックの利用方法としては、再生利用の他
に液化による軽油の回収方法が開発されている。プラス
チックの液化は、液体燃料で回収することで石油製品と
して使用できる点は有利であるが、残渣が発生し残渣の
処理が問題になること、また、発生する塩酸が液化触媒
を劣化させる点から事前に分離しておく必要があること
の他に、設備費、運転費が高く回収した軽油のコスト
は、市販の軽油価格より高くなり、経済的に成立しない
のが現状である。また、廃プラスチックを燃料として大
量に使用する方法として、高炉の羽口から微粉炭と同時
に吹き込んで、鉄鉱石の還元剤として活用することで、
微粉炭を減らす方法が最近実行されているが、塩化ビニ
ール等の含塩素プラスチックは、分解して塩酸ガスが発
生し、後段の集塵機、ガス配管を腐食するので事前に除
去する必要がある。

【０００３】塩素を含むプラスチックの代表である塩化
ビニールには、安定剤として亜鉛が添加されており、さ
らに、電線被覆プラスチックの多くには、塩化ビニール
が使用され、鉛が多量に含まれている。これらの重金属
を含む廃プラスチックを液化処理すると、残渣中に重金
属が残り、重金属を含む残渣の処理方法が課題になる。
また、高炉に吹き込む場合、重金属による溶銑の汚染が
発生すると同時に、高炉ダスト中に重金属が混入し高炉
ダスト処理が問題になる。

【０００４】塩素を含むプラスチックを処理する方法と
しては、特開平６−３１６５６２号公報に、２５０〜６
００℃で熱分解して、発生する塩化水素を除去して、残
った炭素を燃料として利用する方法が提案されている
が、炭素で回収しても利用先が少ない点が問題である。
また、特開平７−２３３３７３号公報では、燃料を燃焼
した高温のガスを廃プラスチックに吹き込み溶融熱分解
すると同時に、燃焼排ガスで発生した塩酸ガスを除去す
る方法が提案されているが、燃料を使用して加熱する点
と、液化残渣が発生し処理が課題になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の問題点を解決し、廃プラスチックの液化、高炉吹き込
み処理で問題になる、塩素及び重金属を含む廃プラスチ
ックを燃料又は化学原料ガスとして回収すると共に、重
金属を分離して回収し、更に塩素成分を塩酸として回収
して有効に活用すると同時に、廃プラスチックに付着あ
るいは含まれている無機物も重金属を含まない資源とし
て有効に活用することで、廃棄物を出さないで、廃プラ
スチックを有効活用できる方法を提供することにある。

【０００６】

【発明を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、本発明の手段は以下の通りである。

【０００７】（１） 塩素及び重金属を含有するプラス
チックを１３００〜１６００℃で酸素ガスとガス化炉内
で反応させ、ＣＯ、Ｈ₂及びＨＣｌガスに分解するとと
もに、重金属を金属蒸気として蒸発させて、重金属をガ
スと同伴させてプラスチックに含まれるスラグと分離し
て、更に前記ガス化炉の後段に設けた冷却炉で、ボイラ
ー又は、水噴霧冷却によりガスを冷却して、重金属を金
属、金属塩化物又は金属酸化物にして、固化して集塵機
で捕集して、分離することを特徴とする廃プラスチック
の処理方法である。

【０００８】（２） 前記集塵機の後段に塩酸回収装置
を設け、ガス中の塩酸を回収することを特徴とする
（１）項記載の廃プラスチックの処理方法である。

【０００９】（３） 前記ガス化炉の下部にスラグタ
ップを設け、プラスチック中の無機物及び付着した無機
物を溶融させた後、冷却固化して回収することを特徴と
する（１）項記載の廃プラスチックの処理方法である。

【００１０】本発明においては、ガス化炉で廃プラスチ
ックを酸素ガスで１３００〜１６００℃の高温で反応さ
せて、プラスチックを主としてＣＯ、Ｈ₂、ＨＣｌガス
に分解し、重金属を金属蒸気にして、ガスに同伴させ
る。次に、冷却炉で温度の低下とガス組成が重金属の酸
化条件になることで、金属塩化物又は酸化物の固体に
し、集塵機で重金属を捕集し、その後、塩酸ガスを水に
吸収して塩酸を回収し、未回収の塩酸ガスと塩素ガスは
除害塔で除去した後に燃料ガスあるいは化学原料ガスと
して利用する。廃プラスチックに付着あるいは含まれる
無機物は、ガス化炉で溶融してスラグタップから排出さ
れ水槽で冷却固化して回収することによって、重金属を
含まないスラグを回収するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】塩素を含有する廃プラスチック
は、高温で燃焼すれば、塩素を含む有害有機化合物を発
生しないことが知られている。空気で燃焼しても高温燃
焼することは可能であるが、排ガス量が増加して１３０
０℃以上の高温燃焼では、ほとんど完全燃焼することに
なって、生成ガス中の有用なＣＯ、Ｈ₂の割合は少な
く、ほとんどがＣＯ₂、Ｈ₂Ｏになり、さらに、窒素ガス
を５０％以上含む低カロリーのガスしか得られない。重
金属は、高温条件で還元雰囲気であれば、金属蒸気にな
ってガス中に存在してスラグと分離することが可能にな
るが、酸化雰囲気では、酸化物として存在して、金属酸
化物はほとんど揮発しないことから、スラグに含まれる
ので分離することが不可能になる。しかし、酸素ガスで
燃焼することで燃焼ガス量を減少することが可能にな
り、燃焼ガス顕熱が大幅に減少してＣＯ、Ｈ₂ガスを主
成分とする高カロリーガスを得ることが可能になり、重
金属も金属状態になり、鉛、亜鉛等の蒸気圧の高い金属
は、金属蒸気になってガス中に存在して、スラグには含
まれなくなることに着目した。また、生成ガス中の塩酸
ガス濃度も高くなり、ガス量も減少することから、集塵
設備、塩酸回収設備、除害設備の容量も小さくすること
が可能になる。さらに、１３００℃以上の高温では、廃
プラスチックに含まれる無機物も溶融するので、ガスと
分離することが容易になり、冷却、固化すれば重金属を
含まないスラグとして土建資材に有効利用できる。無機
物は、成分によっては高融点になるが、このような場
合、添加剤で成分調整することで融点の低下は可能であ
る。ガス化温度は、高温の方が無機物の溶融、塩素を含
む有害有機化合物発生防止の点から望ましいが、ガス化
炉の耐熱性、損失熱の増加を防止する点から１６００℃
以下とするものである。

【００１２】次に重金属の挙動について説明する。鉛の
温度と関係した反応の自由エネルギー変化を図２に示
す。自由エネルギー変化は、小さい（−が大きく図２の
グラフの下にある）ほど反応が進行することを示してい
る。鉛と酸素の平衡は、ＣＯ、Ｈ₂の存在下では、Ｃ
Ｏ、Ｈ₂と酸素の反応より、図２で示すように各温度範
囲で上にあることから、酸化鉛でなく金属鉛で存在す
る。鉛と塩素との反応では、９００℃以上では金属鉛と
して存在し、９００℃以下では塩化鉛になることを示し
ている。亜鉛についても同様であるが、亜鉛と酸素の平
衡は、ガス化炉温度１４００℃ではＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ
₂）＝０．０５以上で金属亜鉛、冷却温度８００℃では
ＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ₂）＝０．９５以下で酸化亜鉛にな
ることからＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ₂）＝０．５のガス組成
では、ガス化炉では金属亜鉛、冷却炉で酸化亜鉛になる
ことが鉛との違いである。この結果、亜鉛、鉛は高温の
ガス化炉で金属蒸気になってスラグと分離でき、温度が
低下した集塵機の前では、金属、金属塩化物又は金属酸
化物になって固化して集塵機で回収できることに着目し
た。金属の蒸気圧は、１４００℃で亜鉛が７６０ｍｍＨ
ｇ以上、鉛が６０ｍｍＨｇ以上あることから、これらの
金属はガス中に存在することになる。一方、冷却炉では
蒸気圧の高い塩化鉛で１．３×１０^-11ｍｍＨｇしかな
いので、ほとんどが固体で回収できることを示してい
る。

【００１３】図１は、本発明の方法を実施する装置の一
実施例である。ガス化炉１、ガス冷却器２、３、集塵機
５、塩酸吸収塔６から実質的に構成されており、サイク
ロン４、除害塔７が付属して設けられている。

【００１４】ガス化炉１には、気体で搬送される粉砕後
の廃プラスチックと酸素を燃焼反応するバーナー８が炉
体の側壁に設けられており、底部にはスラグタップ１０
が設けられ、さらにその下部に、水槽９が設けられる。
ガス化炉１の構造は、気流層石炭ガス化炉と同様の構造
で、厚さ２０〜５０ｍｍの耐火物炉壁で構成され、耐火
物と鉄皮の間は、水冷管又はボイラー水管で冷却するこ
とで、炉温が１６００℃でも耐火物は、１４００℃以下
になり保護できる。冷却は、ガス中の塩酸ガスと接触し
て冷却管が低温腐食するのを防止する点からボイラー水
管で構成して温度を２００〜３００℃に保持することが
好ましい。図１には示していないが、スラグタップ８と
水槽９の間には、予熱バーナーを設け、ガス化炉を廃プ
ラスチックの着火温度以上に昇温する。運転開始は、ま
ず、予熱バーナーで廃プラスチックの着火温度以上の４
００〜５００℃に加熱し、次に、バーナー８に廃プラス
チックと酸素を供給して燃焼させる。燃焼初期は、酸素
量を多く供給して昇温し、所定の温度近くになれば、酸
素量を減少させて目的の温度にする。

【００１５】ガス化炉１の上部には、ガス冷却炉２が設
けられ、その後段には水噴霧式のガス冷却器３、サイク
ロン４、集塵機５、塩酸吸収塔６、除害塔７が配管で連
結される。ガス冷却炉２は、水噴霧冷却又は、ボイラー
が採用できるが、重金属を金属塩化物又は金属酸化物に
なるガス組成にするための水噴霧と熱回収するためのボ
イラーを併用する方が好ましい。図１では、ガス冷却器
２の下部のガス入口部に、水噴霧ノズル１１とボイラー
伝熱管１２を配置した、水噴霧冷却とボイラーを併用し
た実施例を示している。ガス冷却器２では、ガスの温度
を２００〜３００℃まで冷却して蒸気を回収し、ガス冷
却器３で、水噴霧冷却でガス温度を１５０〜２００℃に
冷却して、固化した重金属の塩化物又は酸化物をサイク
ロン４、集塵機５で、飛散したスラグ、未燃の有機物と
ともに回収する。サイクロン４は、省略することも可能
であるが、重金属の金属酸化物、塩化物はガスから固化
した微粉であることから、サイクロン４では捕集しにく
いことから、サイクロンではガスに飛散したスラグをま
ず捕集して、集塵機５で金属を捕集する方が、回収金属
の濃度が高くなって再利用するする点から好ましい。集
塵機５は、バグフィルター等の効率の高い方式が好まし
い。塩酸吸収塔６、除害塔７は、テラレット等を充填し
た吸収塔である。

【００１６】廃プラスチックは、ガス化炉１にバーナー
７から酸素ガスと共に噴出して主としてＣＯ、Ｈ₂、Ｈ
Ｃｌに分解され、重金属は金属蒸気になる。生成したガ
スは、ガス化炉上部の冷却炉２で、水噴霧又はボイラー
の一方あるいは併用して冷却された後、ガス冷却器３で
１５０〜２００℃程度まで冷却され、サイクロン４、集
塵機５で重金属の塩化物又は酸化物とフライアッシュ状
の無機物と未燃の炭素を除去する。次に、塩酸吸収塔６
で塩酸ガスが水に吸収されてほとんどの塩酸ガスが回収
される。残った塩酸ガスと副成する塩素ガスは、除害塔
７で苛性ソーダ等のアルカリ水溶液で除去し、清浄なガ
スを得て、燃料ガス又は化学原料ガスとして使用する。
廃プラスチックに含まれる無機物は、ガス化炉１で溶融
されスラグタップ１０から水槽９に落下して水砕状の重
金属を含まないスラグが得られる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明による塩化ビニール、重金属を
含んだ廃プラスチックを５Ｔ／Ｈで処理した場合の実施
例を説明する。廃プラスチックは、表１に示す組成のも
のを５ｍｍ以下に粉砕して窒素ガス４００Ｎｍ³／Ｈで
搬送してバーナーに供給した。

【００１８】

【表１】 酸素ガス１７００Ｎｍ³／Ｈ、蒸気１６００Ｎｍ³／Ｈと
共にバーナーから吹き込み、ガス化炉温度は１４３０℃
で反応させた。蒸気は、ガス化炉温度の調整に使用し
た。ガスは冷却炉で、冷却水３．２Ｔ／Ｈを噴霧後、ボ
イラーで３００℃まで冷却して蒸気４Ｔ／Ｈを得た。次
にガス冷却器で１５０℃まで水を噴霧して冷却後サイク
ロン、バグフィルターで重金属とスラグを回収し、塩酸
回収塔で１８％塩酸１４．５Ｔ／Ｈを回収した。回収し
たガス量は、乾ガス量で８９３０Ｎｍ³／Ｈで、ガス組
成は表２に示す。

【００１９】

【表２】 ガスカロリーは、２０１５ｋｃａｌ／Ｎｍ³で製鉄所で
発生する転炉ガスに近いカロリー、組成のガスが得ら
れ、加熱炉、ボイラー等の燃料として有効に利用でき
る。ガス中の塩化水素ガスは１ｐｐｍ以下、塩素ガスは
５ｐｐｍであり、有機塩素化合物は検出されなかった。
有機塩素化合物は、本実施例のガス化温度が１４００℃
と高いことから、ガス化炉内で有機物が完全に分解し
て、ボイラーで発生しなかったものと推定される。スラ
グ、サイクロン、バグフィルターの固形物回収量と亜
鉛、鉛の濃度を表３に示す。

【００２０】

【表３】 スラグには、重金属以外の無機物の約９０％が回収さ
れ、亜鉛、鉛は検出限界以下であった。サイクロン、バ
グフィルターでは、スラグ成分と亜鉛、鉛の混合物を回
収した。サイクロンでは、粒径の大きいスラグ成分の捕
集量が多いが、バグフィルターでは亜鉛、鉛成分の回収
量が多いことから、本実施例では実施していないが、サ
イクロン捕集物は、ガス化炉にリサイクルすることで、
スラグ回収量の増加とバグフィルターでの亜鉛、鉛の回
収量を増加することが可能であることが判る。バグフィ
ルター捕集した重金属は、ほとんどが塩化物で本実施例
では、塩酸が過剰に存在するためで、塩酸が少ない場合
には金属酸化物で回収される。バグフィルター回収物
は、金属を５０％以上含まれており、金属精錬工場にリ
サイクルすることで、再利用が可能になる。回収塩酸中
の重金属は、亜鉛、鉛がそれぞれ０．５、０．４ｐｐｍ
以下であった。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、重金属及び塩素を含む
プラスチックを高温下で酸素ガスで反応させることで、
燃料又は化学原料ガスとして有効に回収することが可能
になり、更に廃プラスチックに含まれる、重金属は塩化
物又は酸化物として、更に塩素を塩酸として回収するこ
とが可能になり、無機物もスラグとして活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に関わる廃プラスチック処理方
法及び装置の一例を示す説明図である。

【図２】本発明の鉛の挙動を説明する図である。

【符号の説明】

１ ガス化炉 ２ ガス冷却器 ３ ガス冷却器 ４ サイクロン ５ 集塵機 ６ 塩酸吸収塔 ７ 除害塔 ８ バーナー ９ 水槽 １０ スラグタップ １１ 水噴霧ノズル １２ ボイラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塩素及び重金属を含有するプラスチック
   を１３００〜１６００℃で酸素ガスとガス化炉内で反応
   させ、ＣＯ、Ｈ₂及びＨＣｌガスに分解するとともに、
   重金属を金属蒸気として蒸発させて、重金属をガスと同
   伴させてプラスチックに含まれるスラグと分離して、更
   に前記ガス化炉の後段に設けた冷却炉で、ボイラー又
   は、水噴霧冷却によりガスを冷却して、重金属を金属、
   金属塩化物又は金属酸化物にして、固化して集塵機で捕
   集して、分離することを特徴とする廃プラスチックの処
   理方法。
2. 【請求項２】 前記集塵機の後段に塩酸回収装置を設
   け、ガス中の塩酸を回収することを特徴とする請求項１
   記載の廃プラスチックの処理方法。
3. 【請求項３】 前記ガス化炉の下部にスラグタップを設
   け、プラスチック中の無機物及び付着した無機物を溶融
   させた後、冷却固化して回収することを特徴とする請求
   項１記載の廃プラスチックの処理方法。