JP5558261B2 - 丸型横型熱分解槽 - Google Patents

Description

本発明は丸型横型熱分解槽と熱分解システムに関し、特に多品種の原料の溶融・熱分解をバッチ式で行うことにより、槽内壁のコーキングの洗浄を効率よく行うことができ、有害物質を排出することなく且つ処理時間を大幅に短縮する熱分解槽とシステムに関する。

例えば、ポリオレフィン系、ポリスチレン系 ＰＥＴ、ＰＶＣ、ＡＢＳやナイロンなどの窒素系樹脂の廃プラスチックを油化する場合、原料を破砕し異物を分別するなどの前処理を行った後、熱分解槽に投入し、溶融して熱分解を行わせ、熱分解生成油のガスを抽出し、軽質油、中質油及び重質油に分離して回収する一方、熱分解残渣は槽底から排出することが行われている（特許文献１）。

この種の熱分解槽には縦型と横型があるが、横型の熱分解槽は比較的広い設置スペースを必要とするものの、高所作業を必要としないので、複雑な機構や配管を必要とせず、比較的安価に設置でき、しかも縦型に比較して原料に対する熱効率がよい（特許文献２、特許文献３）。

特開平０９−１３０４３号公報 特開平０９−７２５２９号公報 特開２００５−２７２５２９号公報

しかし、特許文献２、３記載の横型熱分解槽では連続式の運転を行うようにしていたので、原料を破砕して槽内に投入する必要があり、前処理が煩わしい。また、槽外壁に溶融・熱分解の熱を与えるようにしているので、槽内にコーキングが発生する。さらに、槽底の熱分解残渣を排出スクリューによって槽外に排出するようにしているので、槽内の構造が複雑となるばかりでなく、高粘度の残渣がスクリューに固着しやすい。その結果、定期的に運転を停止して槽内壁のコーキングや排出スクリューに固着した残渣の洗浄を行う必要があった。

原料にＰＶＣが含まれる場合は塩化水素ガスが発生し、ＰＥＴ樹脂が含まれる場合はテレフタ−ル酸が生成して３００°Ｃで昇華するために、配管中にテレフタ−ル酸が析出し、配管閉塞の問題を引き起こす。窒素系樹脂の場合、熱分解すると、シアン化ガスを発生する。これら有害物質は製品性状にも悪い影響を与える。

廃プラスチック等の有機物を油化する場合、１日当たりの処理回数は通常は１バッチ／日である。

本発明は、かかる点に鑑み、溶融・熱分解をバッチ式で行うことにより、前処理を最小にして多品種の原料を溶融・熱分解し、有害物質を発生することなく且つ槽内壁のコーキングの洗浄を効率よく行って処理回数を改善できるようにした丸型横型熱分解槽を提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る丸型横型熱分解槽は、廃プラスチック、廃タイヤ、廃潤滑油、廃食用油、パーム、ジャトロハなどの原料を熱分解して熱分解生成油のガスを回収するようにした横型熱分解槽において、横長筒状をなし、扉によって開閉される主投入口が長手方向の一端に形成され、上部に熱分解油のガスを抽出する抽出口が形成された槽本体と、横長の皿状をなし、上記原料が触媒とともに搭載され、上記主投入口から上記槽本体内に出し入れされ、上記原料の溶融・熱分解が行われる一方、熱分解残渣が溜められる受皿と、上記槽本体を内蔵し、燃焼熱によって上記槽本体の外側から上記受皿上の原料を加熱し、上記原料を溶融し熱分解を行わせる加熱炉と、上記槽本体の内側から上記受皿上の原料を加熱し、上記原料を溶融し熱分解を行わせる加熱手段と、を備えたことを特徴とする。加熱手段には高温流体が流通される加熱管や、高温ガスを槽本体内に直接吹き込む設備を採用することができる。

本発明の特徴の１つは原料を搭載した横長の受皿を、長手方向の一端の主投入口から横長筒状の槽本体内に装入し、主投入口の扉を閉じ、槽本体の外側から加熱炉によって受皿上の原料を加熱するとともに、槽本体の内側から加熱手段によって受皿上の原料を加熱し、原料を溶融し熱分解させるようにした点にある。

これにより、原料を破砕することなく受皿上に搭載すればよく、煩雑な前処理をなくすことができる。また、大量の原料を受皿に搭載する場合には原料を圧縮すればよいが、圧縮した原料は破砕した原料に比較して取り扱いが容易である。

また、本発明の他の特徴は丸型横型熱分解槽をバッチ式で運転する構造とした点にある。これにより、１サイクルの運転が済むと、槽本体を冷却した後、受皿を引き出して残渣を排出し、受皿を洗浄し、受皿に次の原料を搭載するが、冷却する媒体には低圧蒸気を使用することができるので、同時に槽内壁の汚れを蒸気などによって洗浄することができ、作業効率が優れている。

また、本発明の第３の特徴は原料を搭載する受皿上に熱分解残渣が残るようにした点にある。これにより、連続で運転する場合のように、残渣の排出スクリューは不要となり、排出スクリューの洗浄が不要となる。

本発明の丸型横型熱分解槽では受皿上に生石灰と活性白土の混合触媒を原料とともに搭載するようにしているが、活性白土によって熱分解温度が下がり、コーキングの生成が大幅に緩和し、又熱分解時間が短くなり、燃料費を低減できる。活性白土の目的は熱分解の促進であるので、原料に対して２〜１０ｗｔ％が好ましい。さらには熱分解油が軽質化しＷＡＸ分の少ない熱分解油となる。

生石灰（又は消石灰Ｃａ（ＯＨ）2）の働きはＨＣｌなどの酸性物質の中和、生成油の軽質化、臭いの改善、ＷＡＸ量の減少及びＰＥＴ樹脂の分解などであるので、生石灰又は消石灰（以下、単に「生石灰」という）の添加量は塩素に対して理論量の１．２〜２倍程度、ＰＥＴ樹脂１ｍｏｌに対して１〜１０ｍｏｌ程度が好ましい。

生石灰はＨＣｌやＨＣＮなどの酸性物質を中和し分解する作用があるので、原料にＰＶＣ樹脂やＰＥＴ樹脂、ＡＢＳ樹脂やナイロンが混入していても対応できる。特に分解ガス中にＨＣＮが含まれる場合は加熱炉に燃焼熱を供給する燃焼炉の温度を１０００°Ｃ以上にすれば安全な窒素、ＣＯ2、水素に分解してしまう。

例えば、ＰＥＴ樹脂の場合、熱分解すると、昇華物質である安息香酸やテレフタ−ル酸が生成され、配管の閉鎖や腐食が起こる。これに対し、ＰＥＴ樹脂に生石灰を添加すると、昇華性物質の生成が抑制され、ベンゼンを主成分とする芳香属炭化水素が高選択的に生成されるので、ＰＥＴ樹脂を熱分解によって処理することが可能となる。

また、農業用プラスチック、例えば酢酸ビニル添加のポリエチレンシートを熱分解すると、酢酸が生成されて熱分解油が酸性化し、熱分解油の再利用の障害になる。これに対し、生石灰を添加すると、熱分解油が中性化し、又安息香酸やテレフタル酸の生成が抑制され、配管の閉鎖や腐食が軽減される。

ＡＢＳ樹脂やナイロンを熱分解すると、シアン化合物が生成されるが、生石灰が存在すると、シアン化合物を分解することができる。

また、槽本体の抽出口に、生石灰を設置すると、ＰＶＣ樹脂やＰＥＴ樹脂、ＡＢＳ樹脂やナイロンの熱分解を促進できるとともに、熱分解油ガスに対する塩素やシアン化合物の同伴に対処できる。

前述のように、受皿上の原料に対する伝熱効率がよいので、原料が溶融した後、追加投入できるのがよい。そこで、槽本体の上部には蓋によって開閉可能な副投入口を形成し、受皿上に原料が追加投入できるようにするのが好ましい。

また、本発明の丸型横型熱分解槽では海を漂流してきた発泡スチロール又はＰＥＴボトルなどの漂着廃プラスチックを熱分解することができる。

例えば、漂着発泡スチロールの場合、９０°Ｃ〜１２０°Ｃの灯油又は軽油中で減容し、水を添加して攪拌静置した後、減容ポリスチレンを取り出して熱分解槽に投入し、減容ポリスチレンに対して１０ｗｔ％の生石灰を添加して熱分解を行ったところ、得られた熱分解油中の全塩素は５ｐｐｍとなり、規格値１００ｐｐｍを大幅にクリアーした。また、凝縮水分及び分解ガスはｐＨ６であった。

漂着ＰＥＴボトルの場合、乾燥後にＰＥＴボトル３０：発泡スチロール７０の比率で混合し、生石灰を１０ｗｔ％添加すると、冷却管を閉塞することなく熱分解を行うことができ、良質の油が得られた。

本発明に係る丸型横型熱分解槽を備えた熱分解システムの好ましい実施形態を示す概略構成図である。 上記実施形態における丸型横型熱分解槽を示す側面構成図である。 上記丸型横型熱分解槽を示す正面構成図である。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る丸型横型熱分解槽を備えた熱分解システムを示し、図２及び図３は上記丸型横型熱分解槽の好ましい実施形態を示す。熱分解システムには２つの丸型横型熱分解槽１０が設けられ、２つの丸型横型熱分解槽１０が交互に運転されるようになっている。

また、熱分解システムには２つの丸型横型熱分解槽１０の各々に対して３つの単蒸留塔２０、２１、２２が設けられ、初段の単蒸留塔２０で熱分解油ガスから重質留分及びｗａｘが抽出され、中段の単蒸留塔２１で中質油留分が抽出され、後段の単蒸留塔２２で軽質油留分及び熱分解油ガスが抽出されるようになっている。

中段の単蒸留塔２１の中質油留分は冷却器２３で常温まで冷却された後、高品質化装置２４に送られ、溶媒、例えば等量のメタノールと混合されて不純物が分離され、メタノールは加熱されて中質油留分から分離されるようになっている。

後段の単蒸留塔２２で抽出された熱分解油ガスは分解ガス槽２７に入り、次にシ−ルポット２８を経て燃焼炉１６で１０００°Ｃで燃焼されるようになっている。これにより、熱分解油ガス中のＡＢＳ樹脂やナイロンに由来するＨＣＮが分解される。

丸型横型熱分解槽１０は図２及び図３に示されるように、横長円筒状の槽本体１１を有し、槽本体１１の長手方向の一端には扉１１Ｂによって密閉可能な原料の主投入口１１Ａが形成され、槽本体１１内には受皿１２が主投入口１１Ａから装入され、受皿１２には廃プラスチック、廃タイヤ、廃潤滑油、廃食用油、パーム、ジャトロハなどの原料と、生石灰と活性白土との混合触媒とが搭載されるようになっている。

また、槽本体１１の上部には熱分解油のガスを抽出する抽出口１１Ｃと副投入口１１Ｄとｗａｘ投入口１１Ｅが形成され、抽出口１１Ｃには生石灰１５が配置され、熱分解油ガスが生石灰１５を通して抽出されるようになっている。酸性物質は原料への直接添加と抽出口１１Ｃの２段階でキャッチされる。

また、副投入口１１Ｄからは原料を受皿１２上に追加投入でき、又ｗａｘ投入口１１Ｅからｗａｘを受皿１２上に戻すことができるようになっている。

触媒には生石灰と活性白土の混合触媒が使用されている。石灰の添加量は塩素に対して理論量の１．２〜２倍程度、ＰＥＴ樹脂１ｍｏｌに対して１〜１０ｍｏｌとする。活性白土の添加量は原料に対して２〜１０ｗｔ％とする。

また、槽本体１１の外側は加熱炉１３によって覆われ、加熱炉１３には燃焼炉１６が接続され、燃焼炉１６は単蒸留塔２２から抽出された熱分解油ガスを燃料とし、約１０００°Ｃの燃焼ガスＧ０を加熱炉１３に供給し、約８００°Ｃまで低下した燃焼ガスＧ１が排出され、受皿１２上の原料を５００°Ｃ程度まで加熱できるようになっている。

さらに、槽本体１１内には加熱管１４が槽本体１１内に延びて設けられ、約８００°Ｃの高温ガスが流通されて受皿１２上の原料を５００°Ｃ程度まで加熱できるようになっている。この加熱管１４は処理する原料によって高温燃焼ガスによる間接加熱や高温蒸気等の直接吹込みに代えることができる。

原料を熱分解する場合、原料を生石灰と活性白土の混合触媒とともに受皿１２上に搭載する。原料は通常無破砕のままとする。この受皿１２を主投入口１０Ａから槽本体１１内に装入し、扉１１Ｂによって主投入口１０Ａを閉鎖する。

次に、槽本体１１の外側から加熱炉１３によって受皿１２上の原料を加熱するとともに、槽本体１１の内側から加熱管１４によって受皿１２上の原料を加熱する。原料が４００°Ｃ程度まで昇温すると、原料が溶融し、４００°Ｃ〜４５０°Ｃの温度で熱分解が起こる。

熱分解が起こると、熱分解油のガスが生成され、熱分解油ガスは抽出口１１Ｃから生石灰１５を通して槽外に抽出される。

このとき、受皿１２上の原料には生石灰と活性白土が添加されているので、熱分解反応の温度が下がり、コーキングの生成が少なく、又蒸気生成のための燃料費が少なく、更には熱分解生成油が軽質化し、臭いが改善し、ＷＡＸ量も少なくなる。

受皿１２上の原料が溶融して容積が少なくなると、副投入口１１Ｄから原料を追加投入することができる。追加投入する原料も無破砕とするが、副投入口１１Ｄから投入できるように圧縮しておくのがよい。

熱分解が済むと、受皿１２上の温度を４５０°Ｃ〜５００°Ｃに昇温させ、受皿１２上の熱分解残渣の焼き絞めを行う。その後、槽本体１１内に低圧蒸気を導入して槽本体１１内を冷却し、最後に受皿１２を槽本体１１から引き出し、残渣を廃棄するとともに、受皿１２を洗浄し、槽本体１１内に空気をパージし、低圧蒸気によって槽本体１１内壁を洗浄する。

１バッチ１２時間運転とすると、運転スケジュールは例えば、槽本体１１内の昇温（２０〜４００°Ｃ）：２．５時間、熱分解：５時間、残渣焼き絞め：１時間、冷却：２時間、残渣処理、原料投入及び系内空気パージ：１．５時間とすることができる。つまり、１系列で２バッチ／日運転が可能となる。２系列設けると、４バッチ／日の運転が可能である。

一方の熱分解槽１０の運転が済むと、他方の丸型横型熱分解槽１０をバッチ運転する。作業は上記と同様である。

上述のように、丸型横型熱分解槽１０から熱分解油ガスが抽出されると、単蒸留塔２０で重質油留分及びｗａｘが蒸留され、単蒸留塔２１で中質油留分が蒸留され、単蒸留塔２２で軽質油留分が蒸留されるとともに、熱分解油ガスが抽出される。

中質油留分は高品質化装置２４で不純物が溶媒抽出されて高品質化される。

１０ 熱分解槽
１１ 槽本体
１１Ａ 主投入口
１１Ｂ 扉
１１Ｃ 抽出口
１１Ｄ 副投入口
１２ 受皿
１３ 加熱炉
１４ 加熱管
１５ 生石灰

Claims (6)

1. 廃プラスチック、廃タイヤ、廃潤滑油、廃食用油、パーム、ジャトロハなどの原料を熱分解して熱分解生成油のガスを回収するようにした丸型横型熱分解槽において、
   横長筒状をなし、扉によって開閉される主投入口が長手方向の一端に形成され、上部に熱分解油のガスを抽出する抽出口が形成された槽本体と、
   横長の皿状をなし、上記原料が活性白土及び、生石灰又は消石灰を含む触媒とともに搭載され、上記主投入口から上記槽本体内に出し入れされ、上記原料の溶融・熱分解が行われる一方、熱分解残渣が溜められる受皿と、
   上記槽本体を内蔵し、燃焼熱によって上記槽本体の外側から上記受皿上の原料を加熱し、上記原料を溶融し熱分解を行わせる加熱炉と、
   上記槽本体の内側から上記受皿上の原料を加熱し、上記原料を溶融し熱分解を行わせる加熱手段と、
   上記槽本体の上部に形成され、蓋によって開閉可能であり、上記受皿上に原料が追加投入できるようになっている副投入口と、
   を備えたことを特徴とする丸型横型熱分解槽。
2. 上記槽本体の熱分解油ガスの抽出口には生石灰又は消石灰が設置されている請求項１記載の丸型横型熱分解槽。
3. 上記原料には、海を漂流してきた発泡スチロール又はＰＥＴボトルなどの漂着廃プラスチックが含まれている請求項１記載の丸型横型熱分解槽。
4. 請求項１記載の丸型横型熱分解槽が２槽並置され、両丸型横型熱分解槽には３つの単蒸留塔が接続され、初段の単蒸留塔で重質油留分及びＷＡＸが蒸留され、中段の単蒸留塔で中質油留分が蒸留され、後段の単蒸留塔で軽質油留分が蒸留されるとともに熱分解油ガスが抽出され、抽出された熱分解油ガスが燃焼炉で燃焼されて加熱炉に供給され、かかる丸型横型熱分解槽の運転がバッチ式で行われることを特徴とする熱分解システム。
5. 上記丸型横型熱分解槽の運転が１日あたり２バッチで行われるようになっている請求項４記載の熱分解システム。
6. 上記抽出された熱分解油ガスを上記燃焼炉で１０００°Ｃで燃焼させることにより、上記抽出された熱分解油ガス中の、ＡＢＳ樹脂及びナイロンに由来するＨＣＮを分解するようにした請求項４記載の熱分解システム。

Images