JP4131428B2 - 熱分解装置および熱分解方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃プラスチック等のプラスチック類を酸素不存在下で加熱して分解する熱分解装置および熱分解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場や家庭から排出されるプラスチック類にはポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系プラスチック、ポリスチレン等のスチレン系プラスチックなど種々なものがある。これらプラスチックから有用成分を資源として回収するため、熱分解器を使用して酸素の不存在下でプラスチックを熱分解する方法が広く採用されている。熱分解により生成する分解ガスは冷却器（コンデンサ）で冷却凝縮し、油分として回収することが多い。
【０００３】
代表的な熱分解器として槽型と管型がある。槽型の熱分解器は底部が円錐形に形成された筒状の槽本体とその周囲に配置された加熱部を備え、上方にプラスチックの投入部と分解ガスの排出部、底部に残渣排出部がそれぞれ設けられる。また管型の熱分解器は横に細長い筒状の反応管とその周囲に配置された加熱部を備え、反応管の一端にプラスチックの供給部、他端に分解ガスおよび残渣排出部が設けられる。いずれの熱分解器においても周囲に配置された加熱部からの熱エネルギーによってプラスチックが熱分解される。
【０００４】
加熱部の加熱方式としては外部から加熱ガスを供給する方式と電気ヒータで加熱する方式の２種類あるが、経済性などの点から前者の加熱ガス供給方式が広く採用されている。加熱ガス供給方式の場合は加熱ガス発生器を設け、そこで気体燃料または液体燃料を燃焼して高温の加熱ガスを発生し、その加熱ガスを配管（またはダクト等）により熱分解器の加熱部に供給する。
一方、熱分解器で生成した分解ガスは冷却器で冷却し、凝縮した油分を回収するが、冷却器で凝縮しないガス成分は利用価値が極めて低いので、気体燃料として加熱ガス発生器などで燃焼することが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしガス成分を加熱ガス発生器で燃焼する方法は、ガス成分の生成量が原料となるプラスチックの種類や性状によって大きく変動するので、加熱ガス発生器から熱分解器に供給される加熱ガスの温度もそれに応じて変動するという問題がある。例えばガス成分の生成量が加熱ガス発生器で必要とする熱エネルギー量より少ない場合は、発生する加熱ガスの温度が低下する。逆にガス成分の生成量が加熱ガス発生器で必要とする熱エネルギー量より多い場合は、発生する加熱ガスの温度が上昇する。
【０００６】
そこで本発明はガス成分を加熱ガス発生器の気体燃料として使用する際の問題を解決することを課題とし、そのための新しい熱分解装置、および熱分解方法を提供することを目的とする。
また、本発明は加熱ガス発生器で安定してガス成分を燃焼することができる熱分解装置、および熱分解方法を提供することも目的とする。
さらに、本発明は熱分解器を急速に冷却することができる熱分解装置、および熱分解方法を提供することを目的もする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の熱分解装置は、プラスチックを酸素不存在下で加熱して熱分解する熱分解器と、熱分解器に設けた加熱部と、熱分解器に加熱ガスを供給する加熱ガス発生器と、熱分解器で生成した分解ガスを冷却する冷却器を備えている。そして、加熱ガス発生器にはガス燃焼装置、液体燃焼装置および冷却空気供給部が設けられ、冷却器で凝縮されないガス成分が前記ガス燃焼装置に供給されると共に、冷却器で凝縮した油成分が前記液体燃焼装置に供給されるように構成される。さらに温度制御装置が設けられ、該温度制御装置はガス成分が不足して加熱ガスの温度が下降したときに液体燃焼装置へ油成分を供給もしくはそれを増加し、ガス成分が過剰で加熱ガスの温度が上昇したときに冷却空気供給部から冷却空気を供給もしくはそれを増加するように制御することを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
上記熱分解装置において、ガス燃焼装置に供給されるガス成分の圧力を予め設定された値に制御する圧力制御装置を設けることができる（請求項２）。
さらに上記熱分解装置において、熱分解器への加熱ガスの供給を停止する加熱ガス停止手段と、熱分解器に冷却空気を供給する冷却空気供給手段を設けることができる（請求項３）。
【０００９】
本発明の熱分解方法は、加熱部を有する熱分解器と、熱分解器に加熱ガスを供給する加熱ガス発生器と、熱分解器で生成した分解ガスを冷却する冷却器を備えた熱分解装置を使用してプラスチックを酸素不存在下で加熱して熱分解する方法である。そして、熱分解器で生成した分解ガスを冷却器で冷却し、冷却器で凝縮されないガス成分を全量加熱ガス発生器で燃焼し、そのガス成分の供給量が不足して加熱ガスの温度が下降したときは、冷却器で凝縮した油成分を加熱ガス発生器で燃焼し、そのガス成分の供給量が過剰で加熱温度が上昇したときは、冷却空気を加熱ガス発生器に供給することを特徴とする（請求項４）。
上記熱分解方法において、熱分解器を冷却する際に、加熱ガス発生器から加熱部への加熱ガス供給を停止すると共に、加熱部に冷却空気を供給することができる（請求項５）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は本発明の熱分解装置および熱分解方法を説明するプロセスフロー図である。図において、１は熱分解器、２は加熱部、３は加熱ガス発生器、４は冷却器、５は油回収タンク、６はポンプ、７は送風ブロワ、８は吸引ブロワ、９はガス燃焼装置、１０は液体燃焼装置、１１は温度制御装置、１２は温度測定器、１３は圧力制御装置、１４は圧力測定器、１５は冷却空気調整弁、１６，１７および１８は開閉弁（またはダンパや仕切り弁）、ａ〜ｋは配管である。
【００１１】
この例では熱分解器１として槽型が使用され、図示していないがその上部にプラスチック投入部、内部にスクレーパ、底部に残渣排出部が設けられる。加熱部２は熱分解器１の周囲を覆うように配置され、配管ａから供給された加熱ガスが内部を通過する間に熱分解器１内のプラスチックを加熱する。なお熱分解器１として管型のものを使用することもできる。
熱分解器１でプラスチックが熱分解されて生成される分解ガスは、配管ｃから冷却器４に導入され、そこで冷却水等により冷却され一部が凝縮して油分となる。油分は配管ｄを経て油回収タンク５に貯蔵される。一方、冷却器４で凝縮しないガス成分は配管ｅによりガス燃焼装置９に供給される。また油回収タンク５の油分はポンプ６を設けた配管ｆにより液体燃焼装置１０に供給される。
【００１２】
加熱ガス発生器３はガス成分を燃焼するガス燃焼装置９、油分を燃焼する液体燃焼装置１０を備え、発生する高温の燃焼ガスは加熱ガスとして配管ｈから排出される。さらに加熱ガス発生器３には、冷却空気が配管ｇから供給されるようになっている。
ガス燃焼装置９はガスバーナ１９、冷却器４からの配管ｅに設けたガス調整弁２０および送風ブロワ７からの配管ｉに設けた空気調整弁２１を備えている。ガス調整弁２０と空気調整弁２１は駆動部２２とリンケージで連結され、駆動部２２は圧力制御装置１３からの制御信号でリンケージを駆動する。このようにガス調整弁２０と空気調整弁２１をリンケージで機械的に連動させることにより、ガス成分の流量に必要な燃焼用空気を最適な空−燃比で自動的に供給することができる。
【００１３】
圧力測定器１４で配管ｅのガス成分の圧力が測定され、その測定信号が圧力制御装置１３に入力される。圧力制御装置１３はガスバーナ１９に供給するガス成分の圧力を予め設定された値（例えば５０ｍｍ水中程度の低圧）に維持するように駆動部２２に制御信号を出力し、例えばガス圧力が設定値より低くなるとガス調整弁２０と空気調整弁２１を絞る方向に制御し、逆にガス圧力が設定値より高くなるとガス調整弁２０と空気調整弁２１を開ける方向に制御する。なお冷却器４の上部にガス排出部を設け、その排出部に点線のように配管ｅを接続して、流出するガス成分をガス燃焼装置９に供給することもできる。また熱分解器１を減圧状態で運転するときには配管ｅの点線部分に真空ポンプを設けるが、その場合には真空ポンプの二次側の圧力を利用してガス成分をガス燃焼装置９に供給することができる。
【００１４】
液体燃焼装置１０はオイルバーナ２３、油調整弁２４および空気調整弁２５を有し、油調整弁２４と空気調整弁２５は駆動部２６にリンケージで連結され、駆動部２６は温度制御装置１１からの制御信号で駆動する。リンケージにより油調整弁２４と空気調整弁２５を機械的に連動させて、油成分の流量に必要な燃焼用空気を最適な空−燃比で自動的に供給することができる。
冷却空気調整弁１５は図示しない冷却空気供給源の送風ブロワから配管ｇで送られてくる冷却空気の流量を調整するもので、温度制御装置１１からの制御信号により駆動する。そしてこれら冷却空気調整弁１５および配管ｇにより冷却空気供給部３０を構成する。なお駆動部２２，２６および冷却空気調整弁１５の駆動方式は電動式、空気圧式または油圧式のいずれでもよい。
【００１５】
温度制御装置１１は加熱ガス発生器３から流出する加熱ガスの温度を予め設定された許容範囲に維持するように、加熱ガス発生器３への油分供給量、または冷却空気供給量を制御する。
例えば平常時において、冷却器４からのガス成分を主燃料として供給するのみで加熱ガスの温度が設定された範囲内に維持されるときは、温度制御装置１１から油分燃焼や冷却空気の供給を要求する制御信号は出力されない。しかし装置の起動時や一時的にガス成分の供給流量が減少して加熱ガスの温度が設定された範囲より下降したときは、温度制御装置１１から駆動部２６に油分を補助燃料として供給する制御信号を出力して温度を回復させる。逆にガス成分の供給量が増加して加熱ガスの温度が設定された範囲を超えて上昇したときは、温度制御装置１１から冷却空気調整弁１５に冷却空気を供給する制御信号を出力して同様に温度を回復させる。
【００１６】
平常運転時においても、プラスチックの種類や性状によりガス成分の供給量が不足気味である場合は、加熱ガス温度が設定された範囲より下降するので、温度制御装置１１はその不足分を補償するように、油分を補助燃料として供給する制御信号を駆動部２６に出力する。また平常運転時において逆にガス成分の供給量が過剰気味である場合は、加熱ガス温度が設定された範囲より上昇するので、温度制御装置１１はその過剰分を補償するように冷却空気調整弁１５に冷却空気を供給する制御信号を出力する。
【００１７】
上記のように平常運転時において、油分をいくらか燃焼しているときにガス成分の供給量がさらに減少した場合には、温度制御装置１１は駆動部２６に油分を増加する制御信号を出力する。逆に平常運転時において油分をいくらか燃焼しているときにガス成分の供給量が増加し、それのみで加熱ガスの温度が設定された範囲に維持できるときには、温度制御装置１１は駆動部２６に油分供給を停止する制御信号を出力する。
一方、平常運転時において冷却空気をいくらか供給しているときにガス成分の供給量がさらに増加した場合には、温度制御装置１１は冷却空気調整弁１５に冷却空気を増加するように制御信号を出力する。逆に平常運転時において冷却空気をいくらか供給しているときに、ガス成分の供給量が減少した場合には、温度制御装置１１は冷却空気調整弁１５に冷却空気の供給を停止する制御信号を出力する。
【００１８】
温度制御装置１１はコンピュータ装置やシーケンサ装置等により構成することができる。例えばコンピュータ装置は主演算部（ＣＰＵ）、記憶部、インターフェース、キーボードなどの入力部、ディスプレー等の表示部などにより構成され、入力部から加熱ガスの温度設定や制御条件等入力して記憶部に記憶させ、主演算部で温度測定器１２からの信号と前記設定値の比較演算を行い、駆動部２６や冷却空気調整弁１５へ制御信号を出力し、さらに必要に応じてポンプ６の起動−停止信号なども出力する。
【００１９】
加熱ガス発生器３から熱分解器１へ加熱ガスを供給する配管ｈに開閉弁１６が設けられ、その開閉弁１６の上流側の配管ｈと吸引ブロワ８への配管ｂの間が開閉弁１７を有する配管ｊでバイパスされている。また配管ｇに設けた冷却空気調整弁１５の上流側と開閉弁１６の下流側が開閉弁１８を有する配管ｋでバイパスされている。そして開閉弁１６と開閉弁１７によって熱分解器１への加熱ガス供給を停止する加熱ガス停止手段３１が構成され、開閉弁１８と配管ｋによって熱分解器１に冷却空気を供給する冷却空気供給手段３２が構成される。
【００２０】
これら加熱ガス停止手段３１や冷却空気供給手段３２は、熱分解器１の運転終了時や異常停止の際に熱分解器１を急速に冷却するために使用される。例えば熱分解器１の運転を停止するときは、吸引ブロワ８の運転を継続した状態で、加熱ガス発生器３におけるガス燃焼装置９および液体燃焼装置１０を停止すると共に、送風ブロワ７の運転を継続した状態で開閉弁１６を閉じ、開閉弁１７，１８を開ける。すると加熱ガス発生器３から熱分解器１に供給されていた加熱ガスの供給が停止し、代わりに配管ｇからの冷却空気が開閉弁１８を経て熱分解器１に供給されて熱分解器１は急速に冷却する。
【００２１】
一方、送風ブロワ７からの送風を継続することにより加熱ガス発生器３内も冷却され、昇温した空気は開閉弁１７を経て吸引ブロワ８により排出される。しかし熱分解器１を一時的に停止して冷却させる場合などにおいて、加熱ガス発生器３を冷却させたくないときは、その間送風ブロワ７を停止して開閉弁１７を閉じておく。
本発明の熱分解装置は、熱分解器１をバッチ運転する場合、連続運転する場合のいずれにも適用することができる。また、回収した油分をさらに蒸留装置で蒸留して精製化学品として回収する場合には、前記加熱ガス発生器３で得られた加熱ガスの一部を蒸留装置の加熱源として使用することもできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明の熱分解装置は、熱分解器の加熱部に供給する加熱ガスの温度を制御する温度制御装置が設けられ、その温度制御装置は、冷却器からのガス成分の供給量が不足して加熱ガスの温度が下降したときに、液体燃焼装置へ油成分を供給もしくはそれを増加し、ガス成分の供給量が過剰で加熱ガスの温度が上昇したときに、冷却空気供給部から冷却空気を供給もしくはそれを増加するように制御する。そのため本発明の熱分解装置を使用することにより、冷却器で凝縮しないガス成分を全量加熱ガス発生器で燃焼させながら、熱分解器の加熱部に供給する加熱ガスを設定された範囲に維持できる。しかもガス成分が不足する場合には冷却器で回収した油分を補助燃料として使用するので、熱分解装置を低コストで運転することができる。
【００２３】
上記熱分解装置において、ガス燃焼装置に供給されるガス成分の圧力を予め設定された値に制御する圧力制御装置を設けることができ、それによって冷却器からのガス成分の流量が変動しても、ガス成分をガス燃焼装置で安定して燃焼することができる。
上記熱分解装置において、熱分解器への加熱ガス供給を停止する加熱ガス停止手段と、熱分解器に冷却空気を供給する冷却空気供給手段を設けることができ、それによって熱分解器の運転終了時や異常停止の際に、熱分解器を急速に冷却することができる。
【００２４】
本発明の熱分解方法は、熱分解器で生成した分解ガスを冷却器で冷却し、冷却器で凝縮されないガス成分を全量加熱ガス発生器で燃焼し、そのガス成分の供給量が不足し加熱ガスの温度が下降したときに冷却器で凝縮した油成分を加熱ガス発生器で燃焼し、そのガス成分の供給量が過剰で加熱温度が上昇したときに冷却空気を加熱ガス発生器に供給することを特徴とする。そのため本方法によれば冷却器で凝縮しないガス成分を全量加熱ガス発生器で燃焼させながら、熱分解器の加熱部に供給する加熱ガスを設定された範囲に維持できる。しかもガス成分が不足する場合には冷却器で回収した油分を補助燃料として使用するので、熱分解装置を低コストで運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱分解装置および熱分解方法を説明するプロセスフロー図。
【符号の説明】
１ 熱分解器
２ 加熱部
３ 加熱ガス発生器
４ 冷却器
５ 油回収タンク
６ ポンプ
７ 送風ブロワ
８ 吸引ブロワ
９ ガス燃焼装置
１０ 液体燃焼装置
１１ 温度制御装置
１２ 温度測定器
１３ 圧力制御装置
１４ 圧力測定器
１５ 冷却空気調整弁
１６ 開閉弁
１７ 開閉弁
１８ 開閉弁
１９ ガスバーナ
２０ ガス調整弁
２１ 空気調整弁
２２ 駆動部
２３ オイルバーナ
２４ 油調整弁
２５ 空気調整弁
２６ 駆動部
３０ 冷却空気供給部
３１ 加熱ガス停止手段
３２ 冷却空気供給手段
ａ〜ｋ 配管

Claims (5)

1. プラスチックを酸素不存在下で加熱して熱分解する熱分解器１と、熱分解器１に設けた加熱部２と、熱分解器１に加熱ガスを供給する加熱ガス発生器３と、熱分解器１で生成した分解ガスを冷却する冷却器４を備えた熱分解装置において、
   加熱ガス発生器３には、ガス燃焼装置９、液体燃焼装置１０および冷却空気供給部３０が設けられ、
   冷却器４で凝縮されないガス成分が前記ガス燃焼装置９に供給されると共に、冷却器４で凝縮した油成分が前記液体燃焼装置１０に供給されるように構成され、さらに温度制御装置１１が設けられ、
   該温度制御装置１１は、ガス成分が不足して加熱ガス温度が下降したときに液体燃焼装置１０へ油成分を供給もしくはそれを増加し、ガス成分が過剰で加熱温度が上昇したときに冷却空気供給部３０から冷却空気を供給もしくはそれを増加するように制御することを特徴とする熱分解装置。
2. ガス燃焼装置９に供給されるガス成分の圧力を予め設定された値に制御する圧力制御装置１３が設けられる請求項１に記載の熱分解装置。
3. 熱分解器１への加熱のガス供給を停止する加熱ガス停止手段３１と、熱分解器１へ冷却空気を供給する冷却空気供給手段３２が設けられる請求項１または請求項２に記載の熱分解装置。
4. 加熱部２を有する熱分解器１と、熱分解器１に加熱ガスを供給する加熱ガス発生器３と、熱分解器１で生成した分解ガスを冷却する冷却器４を備えた熱分解装置を使用してプラスチックを酸素不存在下で加熱して熱分解する方法において、
   冷却器４で凝縮されないガス成分を全量加熱ガス発生器３で燃焼し、そのガス成分の供給量が不足して加熱ガス温度が下降したときは、冷却器４で凝縮した油成分を加熱ガス発生器３で燃焼し、そのガス成分の供給量が過剰で加熱温度が上昇したときは、冷却空気を加熱ガス発生器３に供給することを特徴とする熱分解方法。
5. 熱分解器１を冷却する際に、加熱ガス発生器３から加熱部２への加熱ガス供給を停止すると共に、加熱部２に冷却空気を供給する請求項４に記載の熱分解方法。

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