JPS59174690A - プラスチツク廃棄物の熱分解法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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だ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シ、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追
つがず、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わ
れるならば、プラスチック廃棄物を無くするととは明ら
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、洗滌、砕粉及び供給方法等の前処理と
反応器及びガスタンクに莫大な設備費用、補助燃料を必
要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、
液状の生成物を第１反応槽内に供給して触媒の存在下で
４００〜４７０℃の温度範囲で攪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〜
４７０℃に加熱した粒径１〜１５箭の第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反応槽内で
劣化した触媒は槽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反応槽よシ適宜抜き取られ
るので、反応速度を従来の熱分解よシ数倍速めることか
でき、また第１反応槽内の触媒活性を常に保持するとと
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
オライト等の珪酸・酸化鉄系触媒が好ましい。

これは次の理由によるものである。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
れは強制的に撹拌棒によって取シ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虞れがある。

これに対してとの発明のように粒径１０瓢程度の珪酸・
酸化鉄系触媒を第１反応槽内に収容して温度４００〜４
７０℃に保ち、攪拌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。。

またこの発明忙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、４００〜４７０℃の温
度範囲で行うことにより、生成物の留出速度を速め、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５．０倍
程度早くなる。

これは予備反応槽内でプラスチック廃棄物と珪酸・酸化
鉄系触媒が混合され、５６０℃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４００〜４７０℃の温度範囲で攪
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５５０〜４７０℃に加熱した粒径１〜１５
ｍ、好ましくは１０ｗ程度の触媒層を設けた第２反応槽
に通して二次熱分解処理を行うことによシ異性化して燃
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、ポ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Ｃ６〜Ｃ４２
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３５０〜４７０℃の触媒層内
を通過させると、異性化が進み、炭素数分布Ｃ５〜Ｃｔ
＋＋Ｃｓ〜Ｃ，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処理を行うと、
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６５０℃以下であると、熱分解が不
十分でワックスが付着し、４７０℃以上であると、熱分
解が進み過ぎ、カーボンが付着する。

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油を得ることが
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５００℃焼成
物、アルミナ・珪酸系触媒、珪酸・酸化鉄系触媒、例え
ばゼオライト等であυ、その粒径は１〜１５簡、好まし
くは１０ＩＩＩＩ＋程度のものを使用する。

粒径１５ｍ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シ、また粒径を１■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々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
体力どである。

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。

ｌ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ｌは第１反応槽コ及び第１反応槽コの上
方に位置し、内部に粒径１〜１５ｍの触媒層を設けた第
２反応槽３、予備反応槽≠、劣化触媒の取出装置ｊ等よ
り構成されている。

第１反応槽コは内部中央に攪拌装置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ｔが挿入され
ている。

第２反応槽の触媒層は例えば粒径１０笥程度のアルミナ
・酸化鉄系触媒を充填して構成され、更に第１反応槽コ
と第２反応槽３の外周にはヒータを設け、第１反応槽コ
内の温度が４００〜４７０℃、第２反応槽３内の温度が
５５０〜４７０℃にそれぞれ設定されるように加熱され
る。

予備反応槽グはその上端を開口し、該開口部には取外し
可能な蓋グαが設けられ、またその底部にはスクリュー
フィーダ等によシ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？が設けられ、該移送手段７の先
端は上記第１反応槽コ内の高さの途中に臨ませる。なお
予備反応槽ｌの外周にはヒータが設けられ、内部の温度
を例えば５６０℃程度に設定する。

一方劣化触媒の取出装置ｊはスクリューフィーダ等で構
成して第１反応槽コの底部に接続する。更にその先端に
は劣化触媒の捕集槽ｌθを設ける。

プラスチック廃棄物はゼオライト等の珪酸・酸化鉄系触
媒とともに予備反応槽≠の上端開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り
によシ第１反応槽コ内に供給される。

第２反応槽３内では供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攪拌装置６を用いて均一に攪拌し
ながら４００〜４７０℃の温度範囲で加熱する。

これにより第２反応槽３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
異性化して留出する。

また第２反応槽３よシ留出−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シ５５０〜４
７０℃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２反応槽３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反応槽コの底部に移行する
ので、適宜に取出装置夕を駆動して底部に移行した劣化
触媒を第１反応槽コよシ抜き取シ、捕集槽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酸ガスとなる
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、予備反応槽グよシブラス
チック廃棄物とともに第１反応槽コに供給されるが、予
備反応槽弘内に供給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シ、その補給量を任意に調整す
ることができる。

一方第２反応槽３の上側には外部にコンデンサｌ／を有
する冷却管１２が接続され、冷却管ｌコの先端には貯油
槽／３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ｌコを通過する過程で冷却され、液化さ
れて貯油槽／３に捕集される。

なお貯油槽／３の上部にはコンデンサ／４’が設置され
ているため、貯油槽１３内の生成油はこれによシ再度冷
却され、殆んど貯油槽１３内に捕集することができる。

捕集された生成油はパルプ／ｊを開くことによシ外部に
取出すことができる。

また第１反応槽コ、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反応槽コの
溶融相のレベル制御はレベル計ｒ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。

（１）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２００＋ａ＋、内径１４０−１第２反応槽は高さ１
２０覇、内径６５ｗｎ。

（２）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ィル
ム７０２゜ 上記使用原料は予備反応槽弘内で５６０℃に加熱され、
溶融状態でスクリューフィーダタにより第１反応槽コ、
第２反応槽３内に供給して下記の温度条件で熱分解を行
なった。

この際の収率へ性状、分子量分布、留出速度を第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反応槽に触媒を用い、第１反応
槽に触媒を用いない場合（比較例２）、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。々お表中東は測定時間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、／は熱分解反応装置、コは第１反応槽、３は第２
反応槽、≠は予備反応槽、ｊは劣化触媒の取出装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）予備反応槽内ではプラスチック廃棄物を触媒とと
   もに供給し、該プラスチッ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
   ４００〜４７０℃の温度範囲で攪拌しながら熱分解を行
   い、更に熱分解によシ発生した蒸気状生成物を５５０〜
   ４７０℃に加熱した粒径１〜１５＋＋＋ｍ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ック廃棄物の熱分解
   法。
2. （２）触媒とプラスチック廃棄物を供給して該プラスチ
   ック廃棄物を熱処理する予備反応槽と、該予備反応槽よ
   シ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１〜１５ＩＩＩ＋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
   ラスチック廃棄物の熱分解装置。