JP4157436B2

JP4157436B2 - 廃プラスチック油化処理装置

Info

Publication number: JP4157436B2
Application number: JP2003182371A
Authority: JP
Inventors: 英一杉山; 正明福島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: JP2005015635A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック廃棄物を熱分解して、油化処理する廃プラスチック油化処理装置にかかり、その加熱部分の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラスチック廃棄物を熱分解処理して、油成分を取り出す廃プラスチック油化処理装置が用いられるようになってきた。
【０００３】
この種の廃プラスチック油化処理装置では、プラスチック廃棄物を熱分解装置にて分解し、発生した分解ガス（油蒸気）を凝縮し、得られた分解油を一旦分解油ドラムに回収する。この分解油を生成油回収塔（蒸留塔）に送り、ここで沸点の差により、軽質油、中質油、重質油に分留処理し、各々軽質油タンク、中質油タンク、重質油タンクに貯留する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この例では熱分解装置にて発生した分解ガス（油蒸気）を凝縮して分解油ドラムに回収しているが、以下に説明する内容はこのようなシステムに限らず、発生した分解ガス（油ガス）をそのまま生成油回収塔（蒸留塔）に送る場合等にも適用できるものである。
【０００５】
分解油を生成油回収塔で分留処理する際、分解油に熱を加えるため、分解油を回収塔加熱炉で加熱する。このとき、分解油は、効率よく加熱するため、回収塔加熱炉内に配設された、比較的細く、かつ折曲げ形成された伝熱管内に通され、この伝熱管外部に設けられた熱源によって加熱される。
【０００６】
ところで、プラスチック廃棄物を熱分解した分解油は不飽和分が多い。このため、生成油回収塔（蒸留塔）にて分解油を蒸留する際、上述のように回収塔加熱炉にて加熱すると、回収塔加熱炉内の伝熱管内で再分解・再重合を起こし易い。また、腐食性物質の存在により、伝熱管内でコーキングを起こしたり、腐食が進展する問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１７３６９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、廃プラスチック油化処理工程で得られる分解油を蒸留処理するために、分解油を加熱する際、加熱炉の伝熱管内でコーキングを起こしたり、腐食が進展することがある。
【０００９】
本発明の目的は、分解油を蒸留処理すべく加熱炉内で加熱する際、伝熱管内でのコーキングを防止し、腐食を起こすことなく、安定運転できる廃プラスチック油化処理装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による廃プラスチック油化処理装置は、熱分解によりプラスチック廃棄物から分解された分解油を沸点の差により蒸留する生成油回収塔と、伝熱管及びこの伝熱管をその外部から加熱する熱源を有する回収塔加熱炉と、前記分解油を生成油回収塔の下段に送る分解油供給路と、前記生成油回収塔の生成油が抜き出される部分を管路により前記回収塔加熱炉の伝熱管の入り側に直接連結し、この伝熱管の出側を管路により生成油回収塔の前記下段に連結し、前記生成油回収塔で生成された生成油のみを回収塔加熱炉で加熱させ、この加熱された生成油を生成油回収塔の下段に供給する熱循環ループとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、回収塔加熱炉は、筒状を成し、その内部下方に熱源となるバーナが設置され、上部から排気する炉体を有し、伝熱管は、上記炉体内のバーナ近くの下部内壁面に沿って配置された輻射加熱管部と、炉体内の上部に設置され前記バーナの排気ガスにより加熱される対流加熱管部とからなり、熱循環ループの入り側管路は前記伝熱管の対流加熱管部に連結され、熱循環ループの出側管路は輻射加熱管部に連結し、生成油回収塔から抜き出された生成油は、伝熱管の対流加熱管部から輻射加熱管部に流れ、輻射加熱管部から前記生成油回収塔の下部に流れるように構成する。
【００１２】
また、本発明では、熱循環ループの出側管路に圧力制御弁を設置し回収塔加熱炉からの伝熱管出口部分の液の比率が３０％ｗｔ以上となるように管路内圧力を調整する。
【００１３】
また、本発明では、圧力調整弁は、管路内圧力を検出し、その検出圧力により開度を制御できる構成とする。
【００１５】
さらに、本発明では、生成油回収塔の運転圧力を減圧し、回収塔加熱炉の伝熱管出口温度を３５０℃以下となるように設定するとよい。
【００１６】
これらの発明では、生成油回収塔によって生成された生成油の一部を回収塔加熱炉の伝熱管に流して加熱し、加熱後の生成油を生成油回収塔の分解油貯留部に供給するようにしたので、伝熱管内でコーキングが生じたりすることなく安定した蒸留運転を行なうことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による廃プラスチック油化処理装置の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
始に、図７によって一般的な廃プラスチック油化処理設備のシステム構成を概略説明する。
【００１９】
この廃プラスチック油化処理システムは、前処理工程１１と、脱塩化水素・熱分解工程１２と、塩酸処理工程１３と生成油回収工程１４と、排ガス処理工程１５とで構成されている。
【００２０】
前処理工程１１では、ペール状に減容化されたプラスチック廃棄物１７が搬入され、破砕機１８で破砕された後、乾燥機１９で乾燥される。そして、乾燥機サイクロン２０から風選機２１及び磁選機２２を経て不純物が除去され、造粒機２３にて造粒され、造粒サイロ２４に貯留される。
【００２１】
脱塩化水素・熱分解工程１２では、前処理工程１１で造粒されたプラスチックが、脱塩装置ホッパー２６から脱塩装置２７に投入され、脱塩処理された後、溶融状態で溶融槽２８に一旦貯留される。
【００２２】
脱塩処理により分離された脱塩ガスは塩酸処理工程１３に送られ、脱塩ガス燃焼炉３２、塩化水素吸収塔３３で処理され、生成された塩酸は塩酸タンク３４に貯留される。
【００２３】
また、脱塩処理された溶融状態の被処理物は、溶融槽２８から熱分解装置２９に供給され、ここで分解ガス（油蒸気）と残渣とに分離される。このうち残渣は、残渣冷却コンベア３０により冷却された後、図示しない残渣処理部に排出される。一方、分解ガスは、凝縮され分解油となって、生成油回収工程１４に設けられた分解油ドラム３６に蓄積される。
【００２４】
生成油回収工程１４では、分解油ドラム３６に貯留した分解油を生成油回収塔３７に送り、ここで沸点の差により軽質油、中質油、重質油に分留処理し、それぞれ軽質油タンク３８、中質油タンク３９、重質油タンク４０に貯留する。
【００２５】
なお、この生成油回収工程１４及び前記塩酸処理工程１３で生じた排ガスは、排ガス処理工程１５において排ガス燃焼装置４２で燃焼処理され、無害化されて大気に放出される。
【００２６】
本発明は、生成油回収工程１４に関するもので、以下詳細に説明する。
【００２７】
図１において、熱分解によりプラスチック廃棄物から分解された分解油は、分解油ドラム３６から分解油ポンプ４５により、分解油供給路４６を通って生成油回収塔３７の下段に送られる。この分解油供給路４６の途中には、分解油加熱器４７が設けられている。この分解油加熱器４７は、生成油回収塔３７から取出された高温の重質油により分解油を加熱する。
【００２８】
５０は回収塔加熱炉（以下、単に加熱炉と呼ぶ）で、内部に伝熱管５１と、この伝熱管５１を加熱する熱源５２とを有する。この加熱炉５０の詳細構造については後述する。この加熱炉５０に設けられた伝熱管５１の入り側は、中間部にポンプ５３を有する管路５４Ａにより、生成油回収塔３７の生成油（例えば、中質油）が抜き出される部分（例えば、中段部分）に連結している。また、この伝熱管５１の出側は管路５４Ｂにより、生成油回収塔３７の下段に連結し、熱循環ループ５４を形成している。なお、前記管路５４Ａを熱循環ループ５４の入り側管路と呼び、５４Ｂを同出側管路と呼ぶ。
【００２９】
上記入り側管路５４Ａの、ポンプ５３の吐出側部分からは、戻し管路５５及び中質油取出し管路５６が分岐接続されている。戻し管路５５は生成油回収塔３７から取出された中質油の一部を生成油回収塔３７の中段に戻す。また、中質油取出し管路５６は生成油回収塔３７から取出された中質油の一部を冷却器５７で冷却し、図示しない中質油タンクに送油する。
【００３０】
生成油回収塔３７の底部には、重質油取出し管路５９が連結されており、蒸留運転時、生成油回収塔３７の底部に滞留する重質油をポンプ６０により取出す。この管路５９には、前記分解油加熱器４７及び冷却器６１が設けられており、取り出された重質油は、これらによって冷却された後、図示しない重質油タンクに送油される。また、この重質油取出し管路５９からは戻し管路６２が分岐しており、取出された重質油の一部を、生成油回収塔３７の下段に戻している。
【００３１】
生成油回収塔３７の塔頂部には塔頂ガス取出し管路６４が連結しており、前記分解油ドラム３６からの管路６５と合体し、凝縮器６６を介して塔頂ドラム６７に連結している。このため、生成油回収塔３７の塔頂ガスは、分解油ドラム３７内のガス成分と共に凝縮器６６で凝縮され、塔頂ドラム６７内に貯留される。この登頂ドラム６７内に貯留された油成分は軽質油として、ポンプ６８により図示しない軽質油タンクに送油される。また、この軽質油の一部は、戻し管路６９により生成油回収塔３７の上段に戻される。
【００３２】
塔頂ドラム６７内に滞留するガス成分は、真空ポンプ７０によって吸引され、オフガスとして排ガス処理工程に送られる。また、この真空ポンプ７０は、生成油回収塔３７内の塔頂ガスを吸引する機能を有し、生成油回収塔３７内の運転圧力を調整することができる。
【００３３】
次に、加熱炉５０の詳細構成を図２により説明する。
【００３４】
７１は炉体で、細首部を有する筒状を成し、その内部下方に熱源となるバーナ５２が設置されている。また、上部には排気筒７２が一体的に連結され、バーナ５２による燃焼排ガスは、この排気筒７２を通して上部から排気される。伝熱管５１は、炉体７１内の下部に設置される輻射加熱管部５１Ａと、上方に配置される対流加熱管部５１Ｂとからなる。輻射加熱管部５１Ａは、炉体７１内において、バーナ５２の炎を囲むように、下部内壁面に沿って配置され、バーナ炎の輻射熱により加熱される。対流加熱管部５１Ｂは、炉体７１上部の排気筒７２によって形成される排気通路内に設置され、バーナ５２の排気ガスにより加熱される。
【００３５】
対流加熱管部５１Ｂは、１本のフィン付の細管を、図３（ａ）（ｂ）で示すように、多数回折返して、全体として直方体状を成すように形成したもので、図２で示すように、排気筒７２によって形成される排気通路を横断するように設置される。また、図３（ｂ）で示すように、対流加熱管部５１Ｂの一端５１Ｂａは、図１で示した熱循環ループ５４の入り側管路５４Ａと連結しており、他端５１Ｂｂは、クロスオーバ管５１Ｃに連結し、このクロスオーバ管５１Ｃを介して、下方に配置される輻射加熱管部５１Ａと連通する。
【００３６】
輻射加熱管部５１Ａは、１本の細管を図４で示すように多数回折返して平面状に形成し、これを図５で示すように、炉体７１の内壁面に沿って筒状に設置している。そして、図４で示す一端５１Ａａはクロスオーバ管５１Ｃに連結し、このクロスオーバ管５１Ｃを介して上方に配置された対流加熱管部５１Ｂと連通する。また、図４で示す他端５１Ａｂは、図１で示した熱循環ループ５４の出側管路５４Ｂと連結している。
【００３７】
したがって、生成油回収塔３７からの中質油の一部は、加熱炉５０において、伝熱管５１の対流加熱管部５１Ｂに入り、この対流加熱管部５１Ｂから輻射加熱管部５１Ａに流れ、この輻射加熱管部５１Ａにおいて一部が気化するように構成されている。
【００３８】
上記構成において、分解油ドラム３６内の分解油は分解油供給路４６を通って、生成油回収塔３７の下段に直接送り込まれる。蒸留運転時、生成油回収塔３７の中段から中質油が管路５４Ａに設けられたポンプ５３よって抜き出される。生成油回収塔３７の中段から抜き出された中質油は、中質油取出し管路５６により、中質油冷却器５７を経て図示しない中質油タンクに回収される。また、その一部は戻し管５５により生成油回収塔３７の中段に循環すると共に、加熱炉５０に送られ加熱される。
【００３９】
すなわち、生成油回収塔３７の中段からポンプ５３により送油され加熱炉５０内に流入した中質油は、まず加熱炉５０内の上部に設置された対流加熱管部５１Ｂを流れて加熱される。その後、下部に円筒状に配列された輻射加熱管部５１Ａを流れることによりさらに加熱される。そして、この輻射加熱管部５１Ａ内で中質油が一部気化し気液２相流となり、加熱炉５０から管路５４Ｂに流出する。
【００４０】
加熱炉５０で加熱され、一部気化して気液２相流となった中質油は、管路５４Ｂにより生成油回収塔３７の下段に戻される。すなわち、生成油回収塔３７の中段から加熱炉５０を通り、生成油回収塔３７の下段にいたる熱循環ループ５４が形成される。したがって、常時安定的に生成油回収塔３７に熱を供給しつつ、分解油を生成油回収塔３７で蒸留することができる。
【００４１】
このように、一旦蒸留処理後の安定した生成油（例えば、中質油）を加熱炉５０で加熱し、その熱を生成油回収塔３７に供給するように構成したので、従来の、不飽和分が多い分解油を直接回収塔加熱炉に送り込む場合のように、回収塔加熱炉内で分解油が再重合したり、コーキングして、それが濃くなり、伝熱管が閉塞することを防止できる。すなわち、加熱炉５０内に流入した生成油（中質油）は、細管で連続形成された対流加熱管部５１Ｂから輻射加熱管部５１Ａに流れるが、途中に滞留部が無い為、入口から出口まで連続的に流れることになり、生成油が滞留しコーキングし、それが濃くなって伝熱管内部を閉塞することはなく、加熱炉５０内での再重合やコーキングを防止し、常時安定的に生成油回収塔３７を加熱できる。
【００４２】
なお、軽質油は生成油回収塔３７の頭頂部から抜き出した塔頂ガスから回収され、重質油は生成油回収塔３７の下部ボトムより抜出し、回収される。
【００４３】
また、蒸留運転の起動時は、生成油回収塔３７から生成油が取り出せないため、図示しない起動用配管により、別途用意した生成油を加熱炉５０供給して加熱すればよい。
【００４４】
ここで、加熱炉５０内で加熱され、管路５４Ｂを経て生成油回収塔３７に熱を供給する中質油を、その一部が気化した気液２相流としている。これは、気体成分を含んでいる方が、生成油回収塔３７の下段部において、そこに貯留されている分解油とよく混合し、効率的に加熱できるためである。そこで、この気液の割合を好ましい割合に制御することが考えられる。
【００４５】
図６はこのような考えに基づくもので、熱循環ループ５４の出側管路５４Ｂに圧力制御弁７４を設置し、加熱炉５０からの伝熱管出口部分の液の比率が３０％ｗｔ以上（蒸気成分７０％ｗｔ未満）となるように管路内圧力を調整する。すなわち、圧力制御弁７４の開度を制御し、管路５４Ｂを含む伝熱管５１内の圧力を高めることにより、伝熱管５１内の出口の液の比率を３０％wt以上にする。この圧力制御弁７４の設置位置は、できるだけ生成油回収塔３７直近に設置するのがよい。これは、伝熱管５１出口から生成油回収塔３７までのできるだけ広い範囲で圧力が均一な方がよいためである。
【００４６】
このように、加熱炉５０の伝熱管５１の出口側に圧力制御弁７４を設置することにより、伝熱管５１内出口の液の比率が調整可能となり、伝熱管５１内出口で液の比率を低くすることにより、伝熱管５１内で加熱温度が高まる。このため、伝熱管５１の内壁での生成油のコーキングを防止し、コーキングに基づく伝熱管５１内部の閉塞を防止することができ、安定的に生成油回収塔３７を加熱できる。
【００４７】
圧力調整弁７４の開度は、手動によって操作してもよいが、図示のように、管路５４Ｂ内の圧力を圧力センサー７５で検出し、その検出圧力により圧力調整弁７４の開度を自動制御してもよい。このように構成すると、圧力制御弁７４の開度は、管路５４Ｂ内の圧力変動に対し自動的に制御されるため、運転中における伝熱管５１内出口の液の比率を常に一定に調整可能となり、伝熱管５１内出口で液の比率が極端に低くなるのを防止でき、より安定した運転を行なうことができる。
【００４８】
加熱炉５０の伝熱管５１は口径を細く設定し、管内流速が、起動時及び立下げ時においても常に乱流域になるようにした。すなわち、管内流量によって異なるが、伝熱管５１の口径を細くすると管内流速が速くなって乱流域となり、熱伝達効率が高くなり、伝熱管５１内の再重合、コーキングを有効に防止することができる。
【００４９】
また、加熱炉５０に設けられた伝熱管５１の出口温度は３５０℃以下にすることが望ましい。すなわち、加熱炉５０の伝熱管出口温度が３５０℃を越えると、加熱炉５０内に流入した生成油は加熱され過ぎ、直ぐにコーキングしやすい条件になるためである。このように伝熱管５１の出口温度を制限するためには、伝熱管５１を含む管路内の圧力を調整すればよい。このように管路内圧力を下げるには生成油回収塔３７の運転圧力を減圧すればよい。
【００５０】
通常、生成油回収塔３７は、図１で示した真空ポンプ７０により負圧または負圧に近い状態で運転されている。中質油は熱循環ループ５４の入り側管路５４Ａに設けたポンプ５３により生成油回収塔３７から抜き出され、このポンプ以降の加熱炉５０内の伝熱管５１を含む管路内は正圧に維持される。この管路内圧力を高めると、前述のように伝熱管５１内の出口の液の比率を３０％wt以上にすることができるが、出口温度も上昇する。そこで、このように圧力を高めた状態においても伝熱管５１の出口温度が３５０℃以下となるように、生成油回収塔３７の運転圧力を減圧する。
【００５１】
すなわち、真空ポンプ７０により、生成油回収塔３７の運転圧力を減圧し、加熱炉５０の伝熱管出口温度が３５０℃以下になるようにする。この結果、伝熱管５１内での再重合やコーキングを防止できる。また、伝熱管５１内出口の液の比率も一定に調整しやすくなり、液の比率か極端に低くなるのを防止することもできる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、廃プラスチックの分解油を蒸留処理するために分解油を加熱する際、回収塔加熱炉の伝熱管内での再集合やコーキング発生を有効に防止できるので、安定した廃プラスチック油化処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃プラスチック油化処理装置の一実施の形態を示す系統図である。
【図２】同上一実施の形態に用いる回収塔加熱炉の断面図である。
【図３】同上一実施の形態に用いる対流加熱部を示しており（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】同上一実施の形態に用いる輻射加熱部を示す展開正面図である。
【図５】同上一実施の形態における輻射加熱部の取付け状態を示す平断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す系統図である。
【図７】一般的な廃プラスチック油化処理装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
３６分解油ドラム
３７生成油回収塔
４６分解油供給路
５０回収塔加熱炉
５１伝熱管
５１Ａ輻射加熱管部
５１Ｂ対流加熱管部
５２熱源（バーナ）
５４熱循環ループ
５４Ａ熱循環ループの入り側
５４Ｂ熱循環ループの出側
７１炉体
７４圧力調整弁
７５圧力センサー

Claims

熱分解によりプラスチック廃棄物から分解された分解油を沸点の差により蒸留する生成油回収塔と、
伝熱管及びこの伝熱管をその外部から加熱する熱源を有する回収塔加熱炉と、
前記分解油を生成油回収塔の下段に送る分解油供給路と、
前記生成油回収塔の生成油が抜き出される部分を管路により前記回収塔加熱炉の伝熱管の入り側に直接連結し、この伝熱管の出側を管路により生成油回収塔の前記下段に連結し、前記生成油回収塔で生成された生成油のみを回収塔加熱炉で加熱させ、この加熱された生成油を生成油回収塔の下段に供給する熱循環ループと、
を備えたことを特徴とする廃プラスチック油化処理装置。
回収塔加熱炉は、
筒状を成し、その内部下方に熱源となるバーナが設置され、上部から排気する炉体を有し、
伝熱管は、上記炉体内のバーナ近くの下部内壁面に沿って配置された輻射加熱管部と、炉体内の上部に設置され前記バーナの排気ガスにより加熱される対流加熱管部とからなり、
熱循環ループの入り側管路は前記伝熱管の対流加熱管部に連結され、熱循環ループの出側管路は輻射加熱管部に連結し、
生成油回収塔から抜き出された生成油は、伝熱管の対流加熱管部から輻射加熱管部に流れ、輻射加熱管部から前記生成油回収塔の下部に流れるように構成した
ことを特徴とする請求項１に記載の廃プラスチック油化処理装置。
熱循環ループの出側管路に圧力制御弁を設置し回収塔加熱炉からの伝熱管出口部分の液の比率が３０％ｗｔ以上となるように管路内圧力を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の廃プラスチック油化処理装置。
圧力調整弁は、管路内圧力を検出し、その検出圧力により開度を制御できる構成とした
ことを特徴とする請求項３に記載の廃プラスチック油化処理装置。
生成油回収塔の運転圧力を減圧し、回収塔加熱炉の伝熱管出口温度が３５０℃以下となるように設定した
ことを特徴とする請求項１に記載の廃プラスチック油化処理装置。