油化システム
【課題】 油化システムにおいて、高い耐久性を有して連続運転ができ、高温で効率的に合成樹脂を加熱して油化することで良質な油を得ると共に、小型化及び低生産コスト化も可能にすること。
【解決手段】 合成樹脂を加熱して溶解させる溶解炉１と、該溶解炉１で溶解された合成樹脂をカンタル合金材で形成された第１電熱ヒータ部２３により加熱して第１の気化ガスを発生させる第１気化炉３Ａと、第１の気化ガスを冷却して液状の第１の油を生成する第１コンデンサ６Ａと、第１の油をカンタル合金材で形成された第２電熱ヒータ部４３により加熱して第２の気化ガスを発生させる第２気化炉３Ｂと、第２の気化ガスを冷却して液状の第２の油を生成する第２コンデンサ６Ｂと、を備えている。
【解決手段】 合成樹脂を加熱して溶解させる溶解炉１と、該溶解炉１で溶解された合成樹脂をカンタル合金材で形成された第１電熱ヒータ部２３により加熱して第１の気化ガスを発生させる第１気化炉３Ａと、第１の気化ガスを冷却して液状の第１の油を生成する第１コンデンサ６Ａと、第１の油をカンタル合金材で形成された第２電熱ヒータ部４３により加熱して第２の気化ガスを発生させる第２気化炉３Ｂと、第２の気化ガスを冷却して液状の第２の油を生成する第２コンデンサ６Ｂと、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄プラスチック等の合成樹脂（プラスチック）を油化させる油化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＰ（ポリプロピレン）等の廃棄プラスチックを油化する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、プラスチックを加熱して溶融させる溶融部と、溶融部で溶融されたプラスチックをさらに加熱して解重合させ分解ガスを生成する分解部と、分解部で生成した分解ガスを冷却して油を生成する油化部と、を備えた油化プラントが記載されている。この油化プラントでは、分解部でプラスチックを加熱する手段としてニクロムヒータの電熱ヒータが採用され、ニクロムヒータを最大６５０℃まで上げて温度コントロールしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６９７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の油化技術において、以下の課題が残されている。
従来の特許文献１に記載の油化プラントでは、合成樹脂（プラスチック）を加熱する電熱ヒータとしてニクロムヒータを用いているが、ニクロムヒータにより外部から加熱して合成樹脂を気化ガスとするためには、ニクロムヒータを６５０℃程度まで加熱して内部を４５０℃程度にする必要がある。しかしながら、ニクロムヒータは、通常５００℃〜６００℃の温度範囲内で使用されるため、６００℃を越える６５０℃での使用は、ニクロム線が早期に劣化してしまいヒータ寿命が短いため、実際には実用に耐えられないという不都合があった。特に、連続運転を行うとニクロムヒータの劣化に起因する加熱不足によって炉内温度が４００℃以下にまで低下してしまい、十分にガス化できないという問題があった。
また、ガス化の際に高温加熱を行うために、加熱手段としてバーナーを採用することも考えられるが、この場合、生産設備が大型化して大型プラントが必要になり、油化システム又は油化装置として小型化を図ることが困難であると共に、バーナー用燃料が必要になって生産コストが悪いという不都合があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、高い耐久性を有して連続運転ができ、高温で効率的に合成樹脂を加熱して油化することで良質な油を得ると共に、小型化及び低生産コスト化も可能な油化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる油化システムは、合成樹脂を加熱して溶解させる溶解炉と、該溶解炉で溶解された合成樹脂をカンタル合金材で形成された第１電熱ヒータ部により加熱して第１の気化ガスを発生させる第１気化炉と、前記第１の気化ガスを冷却して液状の第１の油を生成する第１油化器と、前記第１の油をカンタル合金材で形成された第２電熱ヒータ部により加熱して第２の気化ガスを発生させる第２気化炉と、前記第２の気化ガスを冷却して液状の第２の油を生成する第２油化器と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
この油化システムでは、第１電熱ヒータ部及び第２電熱ヒータ部がフェライト系抵抗合金であるカンタル合金材で形成されているので、６００℃程度が限界の従来のニクロムヒータに比べて１４００℃程度までの高温使用が可能であり、高い耐久性を有している。すなわち、本発明の油化システムでは、カンタル合金ヒータによって７００℃程度の高温で連続運転を行ってもヒータの劣化がなく、加熱温度を安定して保持できることから、炉内温度をガス化に適した４５０℃程度に長期にわたって維持することができる。また、従来よりも大幅に高い温度での加熱により、急速にガス化温度まで炉内温度を上昇させることができ、立ち上げ時間を大幅に短縮することもできる。このように、従来のニクロムヒータでは実際上、ガス化及び油化が不完全であったのに対し、高寿命で高温加熱が可能なカンタル合金ヒータを採用することにより、高効率で長期にわたって安定したガス化及び油化を行うことができる。
また、ガス化のための加熱手段として燃料が必要なバーナーを使用せずに、カンタル合金材による第１電熱ヒータ部及び第２電熱ヒータ部を採用することで、電力だけでガス化に十分な高温加熱が可能であると共に、システム又は装置の小型化及び低生産コスト化を図ることができる。
さらに、本発明の油化システムでは、第２気化炉においてカンタル合金材で形成された第２電熱ヒータ部により第１の油を加熱して第２の気化ガスを発生させ、これを第２油化器で冷却して第２の油にするので、例えばロウ状物質が含まれるＡ重油相当であった第１の油をロウ状物質のほとんど無い軽油相当の第２の油に精製することができる。
【０００８】
また、本発明の油化システムでは、前記第１電熱ヒータ部及び前記第２電熱ヒータ部が、炉内を４５０℃以上に加熱することを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、第１電熱ヒータ部及び第２電熱ヒータ部が、炉内を４５０℃以上に保持して加熱するので、３Ｐ（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン）の全てにおいて十分に良好なガス化が可能な温度まで加熱されて保持された炉内で二度のガス化が行われて良質な油を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の油化システムでは、前記第１の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材に接触させる第１触媒炉と、前記第２の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材に接触させる第２触媒炉と、を備え、前記第１触媒炉及び前記第２触媒炉が、前記触媒材を加熱する触媒加熱機構を備えていることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、第１触媒炉及び第２触媒炉が、触媒材を加熱する触媒加熱機構を備えているので、触媒加熱機構により高い触媒作用が得られる温度にまで触媒を加熱することで、高い触媒効果を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の油化システムでは、空気を冷却して冷気を発生させる空冷用冷却装置を備え、前記第１油化器及び前記第２油化器が、前記第１の気化ガス又は前記第２の気化ガスを前記空冷用冷却装置からの前記冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器であることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、第１油化器及び第２油化器が、第１の気化ガス又は第２の気化ガスを空冷用冷却装置からの冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器であるので、水冷式熱交換器など液体を冷媒とする場合に比べてメンテナンス性が向上すると共に電気的ショート等を低減させることができる。また、冷気を冷媒としているので、従来の単に常温の空気と熱交換させる場合に比べて高い冷却効果を得ることができる。
【００１１】
さらに、本発明の油化システムでは、前記空冷用冷却装置からの前記冷気を前記溶解炉、前記第１の気化炉及び前記第２の気化炉の少なくとも一つの駆動機構における発熱部に送る駆動部用冷却配管を備えていることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、駆動部用冷却配管によって冷気を溶解炉、第１の気化炉及び第２の気化炉の少なくとも一つの駆動機構における発熱部（例えば、ベアリング部等）に送るので、駆動機構を冷却することができ、装置の寿命を向上させることができる。特に、本発明では、カンタル合金材による電熱ヒータ部を採用し、従来よりも高温で加熱を行っているため、気化炉の駆動機構に対する熱負荷も大きくなることから、冷気による高い冷却効果の空冷が有効である。
【００１２】
また、本発明の油化システムは、前記第２油化器の下部に接続され発生した液状の第２の油を回収するオイルタンクと、前記オイルタンクの上部に接続され内部の空気を吸引するタンク用ブロアと、を備えていることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、オイルタンク内部の空気を吸引するタンク用ブロアを備えているので、オイルタンク内が減圧されて第２油化部で油化されたオイル（第２の油）を吸引し易くすると共に、オイルタンクと接続されている第２油化部も減圧されて第２油化部内への気化ガスの吸引も促進することができる。
【００１３】
また、本発明の油化システムは、前記溶解炉に合成樹脂を投入する材料供給部を備え、該材料供給部が、合成樹脂を所定量に小分けして所定時間間隔で投入する投入制御機構を備えていることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、材料供給部が、合成樹脂を所定量に小分けして所定時間間隔で投入する投入制御機構を備えているので、いわゆるバッチ式で合成樹脂材料の投入量を調整でき、合成樹脂材料が一気に溶解炉へ流れ落ちて処理能力を超えてしまうことを防ぐことができる。
【００１４】
さらに、本発明の油化システムは、前記材料供給部が、合成樹脂を貯留するホッパー部と、該ホッパー部の下部と前記溶解炉の上部とを接続する投入管と、を備え、前記投入制御機構が、前記ホッパー部の下部と前記投入管との間に水平軸中心に回転可能に支持された複数枚の羽根部を有する回転羽根状弁と、該回転羽根状弁を回転駆動する羽根状弁用モータと、を備えているを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、投入制御機構が、回転羽根状弁と、該回転羽根状弁を回転駆動する羽根状弁用モータと、を備えているので、回転羽根状弁を回転させることで、回転羽根状弁の羽根部間に入った合成樹脂の材料分だけが小分けされて投入管から溶解炉に投入される。したがって、回転羽根状弁と羽根状弁用モータとの簡易な構成により、一定量の材料を分けて投入できると共に、回転羽根状弁の回転速度を調整することで、投入量を容易に調整することができる。
【００１５】
また、本発明の油化システムは、前記材料供給部が、溶解炉の上部に合成樹脂を投入可能とされ、前記溶解炉の下部から前記溶解炉内のガスを吸引するオフガス用ブロアを備えていることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、溶解炉の下部から溶解炉内のガスを吸引するオフガス用ブロアを備えているので、合成樹脂を下方に吸引して溶解炉内への導入を促進することができる。特に、軽い合成樹脂の材料を投入する際には、有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明の油化システムによれば、第１電熱ヒータ部及び第２電熱ヒータ部がフェライト系抵抗合金であるカンタル合金材で形成されているので、従来のニクロムヒータに比べて連続運転でも高温使用が可能であり、高い耐久性を有している。したがって、長期にわたって高温のヒータ加熱が可能であり、合成樹脂の効率的な加熱が可能であると共に、交換頻度の低減による部品コストの低減を図ることができる。
また、燃料が必要なバーナーを使用せずに、カンタル合金材による第１電熱ヒータ部及び第２電熱ヒータ部を採用することで、電力だけでガス化に十分な高温加熱が可能であると共に、システム又は装置の小型化及び低生産コスト化を図ることができる。
さらに、本発明の油化システムによれば、カンタル合金材の第２電熱ヒータ部を有する第２気化炉で第１の油を再度ガス化して、これ油化するので、例えばロウ状物質が含まれるＡ重油相当であった第１の油を、ロウ状物質のほとんど無い軽油相当の油に精製することができる。
このように、本発明では、カンタル合金ヒータによる二度の高温ガス化処理と液化処理とによって、廃プラスチック等の合成樹脂から燃料油として使用可能な軽油相当の油を、高効率かつ低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明における油化システムの一実施形態を、図１に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１８】
本実施形態における油化システムは、廃棄プラスチック等の合成樹脂（プラスチック）を油化させる電気式の油化装置又は油化プラントであって、材料の合成樹脂を加熱して溶解させる溶解炉１と、該溶解炉１の上部から溶解炉１内に合成樹脂を投入する材料供給部２と、溶解炉１で溶解された合成樹脂を加熱して第１の気化ガスを発生させる第１気化炉３Ａと、該第１気化炉３Ａで発生した第１の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材４に接触させる２つの第１触媒炉５Ａと、第１の気化ガスを冷却して液状の第１の油（ナフサ）を生成する第１コンデンサ（第１油化器）６Ａと、第１の油を加熱して第２の気化ガスを発生させる第２気化炉３Ｂと、該第２気化炉３Ｂで発生した第２の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材４に接触させる２つの第２触媒炉５Ｂと、第２の気化ガスを冷却して液状の第２の油を生成する第２コンデンサ６Ｂ（第２油化器）と、空気を冷却して第１コンデンサ６Ａ及び第２コンデンサ６Ｂ用の冷媒として冷気を発生させる空冷用冷却装置７と、第２コンデンサ６Ｂの下部に接続され発生した液状の第２の油を回収するオイルタンク８と、を備えている。
【００１９】
材料となる上記合成樹脂は、例えば１〜２ｃｍほどに粉砕されたポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン等のプラスチック材料である。
上記材料供給部２は、材料の合成樹脂を貯留するホッパー部９と、該ホッパー部９の下部と溶解炉１の上部とを接続する投入管１０と、合成樹脂を所定量に小分けして所定時間間隔で投入する投入制御機構１１と、溶解炉１の下部から溶解炉１内のオフガスを吸引するオフガス用ブロア１２と、を備えている。
【００２０】
上記投入制御機構１１は、ホッパー部９の下部と投入管１０との間に水平軸中心に回転可能に支持され互いに直交して半径方向外方に延在した４枚の羽根部を有する回転羽根状弁１３と、該回転羽根状弁１３を回転駆動する羽根状弁用モータ１４と、を備えている。この羽根状弁用モータ１４は、エンコーダ式回転制御モータであって、４枚の羽根部により各９０度分割で投入領域が４等分されている回転羽根状弁１３を回転させ、材料の合成樹脂を一定量に分割してバッチ式で投入管１０を介して溶解炉１に送り込むものである。
【００２１】
上記溶解炉１は、丸鋼管本体１５と、該丸鋼管本体１５内に回転可能にベアリング部１６で傾斜軸支され合成樹脂の材料を攪拌しながら搬送する溶解炉リードスクリュー１７と、該溶解炉リードスクリュー１７に接続されこれを回転駆動する溶解炉用モータ１８と、丸鋼管本体１５内の合成樹脂を加熱して溶解する溶解炉電熱ヒータ部１９と、を備えている。
【００２２】
上記溶解炉電熱ヒータ部１９は、丸鋼管本体１５の外周に設置されたセラミックス製のヒータホルダー中に組み込んだカンタル合金材で形成された複数の電熱ヒータである。この溶解炉電熱ヒータ部１９は、丸鋼管本体１５の延在方向に複数に分割されて設置されている。この溶解炉電熱ヒータ部１９によって丸鋼管本体１５内の合成樹脂はペースト状になるまで加熱される。例えば、溶解炉１内は、溶解炉電熱ヒータ部１９により２００℃〜３５０℃に加熱される。なお、複数に分割された溶解炉電熱ヒータ部１９は、炉内の合成樹脂の搬送方向に応じて、すなわち炉内の合成樹脂の溶解状態に応じて段階的に温度が高く設定されている。
【００２３】
上記第１気化炉３Ａは、筒状炉体２０と、該筒状炉体２０内に回転可能にベアリング部１６で水平軸支され合成樹脂を攪拌しながら搬送する気化炉リードスクリュー２１と、該気化炉リードスクリュー２１に接続されこれを回転駆動する気化炉用モータ２２と、該筒状炉体２０内のペースト状の合成樹脂を加熱して液状化すると共にさらに気化させる第１電熱ヒータ部２３と、を備えている。
【００２４】
上記筒状炉体２０は、溶解炉１でペースト状に溶解された合成樹脂が投入される炉体前段部２０Ａと、該炉体前段部２０Ａの後段に設けられ加熱によりペースト状から液状に加熱された合成樹脂からの気化を促進する気化促進部２０Ｂと、を備えている。
上記気化促進部２０Ｂは、断面Ｕ字状のＵ字筒構造とされ、液面が広く設定されて気化面積を多く取ることによって気化効率を上げる構造が採用されている。
【００２５】
上記第１電熱ヒータ部２３は、溶解炉電熱ヒータ部１９と同様に、筒状炉体２０の外周に設置されたセラミックス製のヒータホルダー中に組み込んだカンタル合金材で形成された複数の電熱ヒータである。この第１電熱ヒータ部２３は、筒状炉体２０の延在方向に複数に分割されて設置されている。この第１電熱ヒータ部２３によって筒状炉体２０内の合成樹脂が液状化され気化される温度まで加熱される。
【００２６】
上記第２気化炉３Ｂは、筒状炉体４０と、該筒状炉体４０内の第１の油を加熱して第２の気化ガスへ気化させる第２電熱ヒータ部４３と、を備えている。
上記第２電熱ヒータ部４３は、第１電熱ヒータ部２３と同様に、筒状炉体４０の外周に設置されたセラミックス製のヒータホルダー中に組み込んだカンタル合金材で形成された複数の電熱ヒータである。これら第２電熱ヒータ部４３は、筒状炉体４０の延在方向に複数に分割されて設置されている。これら第２電熱ヒータ部４３によって筒状炉体４０内の第１の油が気化される温度まで加熱される。なお、第１の油をガス化する第２気化炉３Ｂは、溶解した合成樹脂をガス化するための第１気化炉３Ａよりも小型でよい。
【００２７】
例えば、第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３のカンタル合金材によるヒータ線は、７００℃〜８００℃の範囲で加熱され、第１気化炉３Ａ及び第２気化炉３Ｂ内は、第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３により３９０℃〜４６０℃の範囲内に加熱される。好ましくは、３Ｐ（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン）の全てにおいて十分なガス化を行うために炉内を４５０℃以上に保持するように加熱を行う。なお、炉内温度の上限を４６０℃としているのは、上述したように炉内温度が４５０℃以上であれば３Ｐ全てをガス化させることができるため、必要以上に加熱電力を消費させないように、１０℃の余裕を持たせて上限を４６０℃に設定している。また、複数に分割された第１電熱ヒータ部２３は、炉内の合成樹脂の搬送方向に応じて、すなわち炉内の合成樹脂の液化状態に応じて段階的に温度が高く設定されている。
【００２８】
なお、第１電熱ヒータ部２３を起動してから合成樹脂が気化するまでの温度に到達する時間を短くすることで、効率アップを図ることができる。したがって、第１電熱ヒータ部２３では、第１気化炉３Ａ内の温度検出を行い、気化温度に達するまでは高いヒータ温度に設定されるが、炉内が気化温度に到達したらヒータ温度の制御設定温度を下げて炉内温度がオーバーシュートしないように制御されている。
【００２９】
また、溶解炉電熱ヒータ部１９及び第１電熱ヒータ部２３は、電気絶縁カバーがないとカンタル合金材のヒータ線と丸鋼管本体１５又は筒状炉体２０とが接触して漏電するおそれがあるため、４８Ｖ以下の電圧が加えられるように設定されている。また、カンタル合金材のヒータ線は、空気中で加熱すると電気絶縁性の保護酸化被膜が形成され、寿命が向上する。
【００３０】
上記カンタル合金材としては、ＡＰＭ線、Ａｌ線、ＡＦ線、Ｄ線又はＬＴ線等が採用可能である。
上記溶解炉用モータ１８及び気化炉用モータ２２は、溶解された合成樹脂の粘度に応じて２倍から３倍の負荷が加わるため、これに耐えるトルク制御用ベクトルドライバーを有したインバータ制御ギアードモータである。
【００３１】
上記第１触媒炉５Ａは、触媒材４への負荷を低減するために気化促進部２０Ｂの上部に２つに分けて接続されており、鋼管内に触媒材４が収納されて第１気化炉３Ａから導入された気化ガスが触媒材４間を流通可能になっている。
また、上記第２触媒炉５Ｂは、触媒材４への負荷を低減するために第２気化炉３Ｂの筒状炉体４０の上部に接続されており、鋼管内に触媒材４が収納されて第２気化炉３Ｂから導入された第２の気化ガスが触媒材４間を流通可能になっている。
上記触媒材４としては、例えば人工ゼオライトや活性アルミ等が採用されている。
【００３２】
また、第１触媒炉５Ａ及び第２触媒炉５Ｂは、触媒材４を加熱する触媒炉電熱ヒータ部（触媒加熱機構）２４を備えている。この触媒炉電熱ヒータ部２４は、第１触媒炉５Ａ及び第２触媒炉５Ｂの鋼管外周に設置されたセラミックス製のヒータホルダー中に組み込んだカンタル合金材で形成された電熱ヒータである。この触媒炉電熱ヒータ部２４により、高い触媒作用が得られる所定の温度まで触媒材４が加熱される。
【００３３】
上記第１コンデンサ６Ａは、第１触媒炉５Ａに接続され、第１触媒炉５Ａを介して送られた第１の気化ガスを空冷用冷却装置７からの冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器である。
また、上記第２コンデンサ６Ｂは、第２触媒炉５Ｂに接続され、第２触媒炉５Ｂを介して送られた第２の気化ガスを空冷用冷却装置７からの冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器である。
【００３４】
上記空冷用冷却装置７には、第１コンデンサ６Ａ及び第２コンデンサ６Ｂへの冷気を送るコンデンサ用冷気配管２５が接続されている。また、第１コンデンサ６Ａ及び第２コンデンサ６Ｂには、第１の気化ガス又は第２の気化ガスとの熱交換された冷気を溶解炉１及び第１気化炉３Ａの駆動機構におけるベアリング部１６等の発熱部に送る駆動部用冷却配管２６が接続されている。
【００３５】
また、駆動部用冷却配管２６は、途中で分岐され溶解炉１の投入管１０近傍外周を覆う冷却ジャケット２７に接続されている。この冷却ジャケット２７は、溶解炉１の投入管１０近傍を上記冷気で冷却して、溶解炉１に投入される合成樹脂が投入管１０付近で溶解して付着し、合成樹脂材料のスムーズな流通を妨げることを防ぐ機能を有している。
【００３６】
上記オイルタンク８は、第２コンデンサ６Ｂとオイル配管２８で接続され、オイル配管２８を介して第２コンデンサ６Ｂで冷却され液状化された第２の油を回収可能とされている。
また、オイルタンク８の上部には、タンク内部の空気を吸引するタンク用ブロア２９が接続されている。このタンク用ブロア２９は、インバータ制御されて最適な吸引速度に制御されている。
【００３７】
上記オフガス用ブロア１２及びタンク用ブロア２９には、水を貯留した水封槽３１がオフガス配管３０を介して接続されている。なお、オフガス配管３０の先端は、水封槽３１内の水中に配されている。また、この水封槽３１の上部には、回収したオフガスを燃焼させるオフガス燃焼器３２が接続されている。すなわち、溶解炉１及びオイルタンク８からのオフガスは、水封槽３１で一旦水中を通した後にオフガス燃焼器３２で燃焼される。
【００３８】
なお、溶解炉１及び第１気化炉３Ａには、非常消火の際にＣＯ２配管３３ａで炉内にＣＯ２を送り込む非常消火用ＣＯ２ボンベ３３が接続されている。
【００３９】
上述したように、本実施形態の油化システムは、第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３がフェライト系抵抗合金であるカンタル合金材で形成されているので、６００℃程度が限界の従来のニクロムヒータに比べて１４００℃程度までの高温使用が可能であり、高い耐久性を有している。すなわち、本実施形態の油化システムでは、カンタル合金ヒータによって７００℃程度の高温で連続運転を行ってもヒータの劣化がなく、加熱温度を安定して保持できることから、炉内温度をガス化に適した４５０℃程度に長期にわたって維持することができる。また、従来よりも大幅に高い温度での加熱により、急速にガス化温度まで炉内温度を上昇させることができ、立ち上げ時間を大幅に短縮することもできる。このように、従来のニクロムヒータでは実際上、ガス化及び油化が不完全であったのに対し、高寿命で高温加熱が可能なカンタル合金ヒータの第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３を採用することにより、高効率で長期にわたって安定したガス化及び油化を行うことができる。
【００４０】
また、ガス化のための加熱手段として燃料が必要なバーナーを使用せずに、カンタル合金材による第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３を採用することで、電力だけでガス化に十分な高温加熱が可能であると共に、システム又は装置の小型化及び低生産コスト化を図ることができる。
さらに、第２気化炉３Ｂにおいてカンタル合金材で形成された第２電熱ヒータ部４３により第１の油を加熱して第２の気化ガスを発生させ、これを第２コンデンサ６Ｂで冷却して第２の油にするので、例えばロウ状物質が含まれるＡ重油相当であった第１の油をロウ状物質のほとんど無い軽油相当の第２の油に精製することができる。
【００４１】
また、第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３が、炉内を４５０℃以上に保持して加熱するので、十分に良好なガス化が可能な温度まで加熱されて保持された炉内で二度のガス化が行われて良質な油を得ることができる。
さらに、第１触媒炉５Ａ及び第２触媒炉５Ｂが、触媒材４を加熱する触媒炉電熱ヒータ部２４を備えているので、触媒炉電熱ヒータ部２４により高い触媒作用が得られる温度にまで触媒を加熱することで、高い触媒効果を得ることができる。
【００４２】
また、第１コンデンサ６Ａ及び第２コンデンサ６Ｂが、第１の気化ガス又は第２の気化ガスを空冷用冷却装置７からの冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器であるので、水冷式熱交換器など液体を冷媒とする場合に比べてメンテナンス性が向上すると共に電気的ショート等を低減させることができる。また、冷気を冷媒としているので、従来の単に常温の空気と熱交換させる場合に比べて高い冷却効果を得ることができる。
【００４３】
また、駆動部用冷却配管２６によって冷気を溶解炉１及び第１の気化炉３Ａの駆動機構における発熱部（例えば、ベアリング部等）に送るので、駆動機構を冷却することができ、装置の寿命を向上させることができる。特に、カンタル合金材による第１電熱ヒータ部２３を採用し、従来よりも高温で加熱を行っているため、第１気化炉３Ａの駆動機構に対する熱負荷も大きくなることから、冷気による高い冷却効果の空冷が有効である。なお、第２気化炉３Ｂにも駆動機構を設けた場合、この駆動機構にも駆動部用冷却配管２６によって冷気を送って冷却するようにしても構わない。
【００４４】
また、材料供給部２が、合成樹脂を所定量に小分けして所定時間間隔で投入する投入制御機構１１を備えているので、いわゆるバッチ式で合成樹脂材料の投入量を調整でき、合成樹脂材料が一気に溶解炉１へ流れ落ちて処理能力を超えてしまうことを防ぐことができる。
【００４５】
さらに、投入制御機構１１が、回転羽根状弁１３と羽根状弁用モータ１４との簡易な構成であり、一定量の材料を分けて投入できると共に、回転羽根状弁１３の回転速度を調整することで、投入量を容易に調整することができる。
また、溶解炉１の下部から溶解炉１内のガスを吸引するオフガス用ブロア１２を備えているので、合成樹脂を下方に吸引して溶解炉１内への導入を促進することができる。特に、軽い合成樹脂材料を投入する際には、有効である。
【００４６】
また、オイルタンク８内部の空気を吸引するタンク用ブロア２９を備えているので、オイルタンク８内が減圧されて第２コンデンサ６Ｂで油化されたオイル（第２の油）を吸引し易くすると共に、オイルタンク８と接続されている第２コンデンサ６Ｂも減圧されて第２コンデンサ６Ｂ内への気化ガスの吸引も促進することができる。
【実施例】
【００４７】
上記実施形態の油化システムを用いて、実際に廃棄プラスチックの合成樹脂から生産した第２の油について分析した結果を以下に示す。
すなわち、原料として３Ｐ（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン）の廃棄プラスチックを本油化システムのホッパー部９に投入し、溶解炉１、第１気化炉３Ａ、第１触媒炉５Ａ、第１コンデンサ６Ａ、第２気化炉３Ｂ、第２触媒炉５Ｂ及び第２コンデンサ６Ｂをこの順序で経て、オイルタンク８に送られた第２の油について、油化成分分析を行った。また、比較として、第１コンデンサ６Ａで得た第１の油についても、同様に油化成分分析を行った。
【００４８】
第１の気化ガスから得られた第１の油では、３Ｐがいずれも多成分の低沸点分子に分解されており、沸点はいずれも１５０℃以下で沸騰するガソリン臭の液体であった。なお、常圧蒸留した際に残渣成分としてロウ状の痕跡が認められた。また、３Ｐのうち、ポリスチレンについては、分解成分が多数ではなく、複数の成分がＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）によって観察された。一方、ロウ状物質は極めて多数成分が観測された。したがって、この第１の油は、引火点が低く、比較的少ない種類の混合成分であり、Ａ重油相当と判断される。
【００４９】
これに対して、第２の気化ガスから得られた第２の油では、第１の油で見られたロウ状物質がほとんど認められなかった、したがって、第２の油は、燃料として十分に使用可能な軽油相当であると判断される。すなわち、第２の油は、「廃プラスチック熱分解油−ボイラー用燃料及びディーゼル発電機用燃料」のＪＩＳ規格に適合させると、「ボイラー用燃料」に該当するレベルであった。
また、第２の油を、実際にディーゼルエンジン搭載の市販車に燃料として使用したところ、市販の軽油同様に、ディーゼルエンジンが駆動でき、２００ｋｍ以上の走行を行っても何ら支障がなかった。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、２つの第１触媒炉、１つの第２触媒炉、各１つの第１コンデンサ及び第２コンデンサを備えているが、１つ又は３つ以上の第１触媒炉、２以上の第２触媒炉、２以上の第１コンデンサ及び第２コンデンサを備えても構わない。
また、溶解炉電熱ヒータ部及び第１電熱ヒータ部は、合成樹脂の搬送方向に沿って複数分割されて溶解炉及び第１気化炉に設けられるが、分割数や設置範囲は、第１気化炉及び溶解炉のサイズ等に応じて設定される。また、第２気化炉についても第２電熱ヒータ部の分割数や設置範囲は、炉のサイズ等に応じて設定される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る油化システムの一実施形態を示す全体の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…溶解炉、２…材料供給部、３Ａ…第１気化炉、３Ｂ…第２気化炉、４…触媒材、５Ａ…第１触媒炉、５Ｂ…第２触媒炉、６Ａ…第１コンデンサ（第１油化器）、６Ｂ…第２コンデンサ（第２油化器）、７…空冷用冷却装置、８…オイルタンク、９…ホッパー部、１０…投入管、１１…投入制御機構、１２…オフガス用ブロア、１３…回転羽根状弁、１４…羽根状弁用モータ、１９…溶解炉電熱ヒータ部、２３…第１電熱ヒータ部、２４…触媒炉電熱ヒータ部（触媒加熱機構）、２６…駆動部用冷却配管、２９…タンク用ブロア、４３…第２電熱ヒータ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄プラスチック等の合成樹脂（プラスチック）を油化させる油化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＰ（ポリプロピレン）等の廃棄プラスチックを油化する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、プラスチックを加熱して溶融させる溶融部と、溶融部で溶融されたプラスチックをさらに加熱して解重合させ分解ガスを生成する分解部と、分解部で生成した分解ガスを冷却して油を生成する油化部と、を備えた油化プラントが記載されている。この油化プラントでは、分解部でプラスチックを加熱する手段としてニクロムヒータの電熱ヒータが採用され、ニクロムヒータを最大６５０℃まで上げて温度コントロールしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６９７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の油化技術において、以下の課題が残されている。
従来の特許文献１に記載の油化プラントでは、合成樹脂（プラスチック）を加熱する電熱ヒータとしてニクロムヒータを用いているが、ニクロムヒータにより外部から加熱して合成樹脂を気化ガスとするためには、ニクロムヒータを６５０℃程度まで加熱して内部を４５０℃程度にする必要がある。しかしながら、ニクロムヒータは、通常５００℃〜６００℃の温度範囲内で使用されるため、６００℃を越える６５０℃での使用は、ニクロム線が早期に劣化してしまいヒータ寿命が短いため、実際には実用に耐えられないという不都合があった。特に、連続運転を行うとニクロムヒータの劣化に起因する加熱不足によって炉内温度が４００℃以下にまで低下してしまい、十分にガス化できないという問題があった。
また、ガス化の際に高温加熱を行うために、加熱手段としてバーナーを採用することも考えられるが、この場合、生産設備が大型化して大型プラントが必要になり、油化システム又は油化装置として小型化を図ることが困難であると共に、バーナー用燃料が必要になって生産コストが悪いという不都合があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、高い耐久性を有して連続運転ができ、高温で効率的に合成樹脂を加熱して油化することで良質な油を得ると共に、小型化及び低生産コスト化も可能な油化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる油化システムは、合成樹脂を加熱して溶解させる溶解炉と、該溶解炉で溶解された合成樹脂をカンタル合金材で形成された第１電熱ヒータ部により加熱して第１の気化ガスを発生させる第１気化炉と、前記第１の気化ガスを冷却して液状の第１の油を生成する第１油化器と、前記第１の油をカンタル合金材で形成された第２電熱ヒータ部により加熱して第２の気化ガスを発生させる第２気化炉と、前記第２の気化ガスを冷却して液状の第２の油を生成する第２油化器と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
この油化システムでは、第１電熱ヒータ部及び第２電熱ヒータ部がフェライト系抵抗合金であるカンタル合金材で形成されているので、６００℃程度が限界の従来のニクロムヒータに比べて１４００℃程度までの高温使用が可能であり、高い耐久性を有している。すなわち、本発明の油化システムでは、カンタル合金ヒータによって７００℃程度の高温で連続運転を行ってもヒータの劣化がなく、加熱温度を安定して保持できることから、炉内温度をガス化に適した４５０℃程度に長期にわたって維持することができる。また、従来よりも大幅に高い温度での加熱により、急速にガス化温度まで炉内温度を上昇させることができ、立ち上げ時間を大幅に短縮することもできる。このように、従来のニクロムヒータでは実際上、ガス化及び油化が不完全であったのに対し、高寿命で高温加熱が可能なカンタル合金ヒータを採用することにより、高効率で長期にわたって安定したガス化及び油化を行うことができる。
また、ガス化のための加熱手段として燃料が必要なバーナーを使用せずに、カンタル合金材による第１電熱ヒータ部及び第２電熱ヒータ部を採用することで、電力だけでガス化に十分な高温加熱が可能であると共に、システム又は装置の小型化及び低生産コスト化を図ることができる。
さらに、本発明の油化システムでは、第２気化炉においてカンタル合金材で形成された第２電熱ヒータ部により第１の油を加熱して第２の気化ガスを発生させ、これを第２油化器で冷却して第２の油にするので、例えばロウ状物質が含まれるＡ重油相当であった第１の油をロウ状物質のほとんど無い軽油相当の第２の油に精製することができる。
【０００８】
また、本発明の油化システムでは、前記第１電熱ヒータ部及び前記第２電熱ヒータ部が、炉内を４５０℃以上に加熱することを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、第１電熱ヒータ部及び第２電熱ヒータ部が、炉内を４５０℃以上に保持して加熱するので、３Ｐ（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン）の全てにおいて十分に良好なガス化が可能な温度まで加熱されて保持された炉内で二度のガス化が行われて良質な油を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の油化システムでは、前記第１の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材に接触させる第１触媒炉と、前記第２の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材に接触させる第２触媒炉と、を備え、前記第１触媒炉及び前記第２触媒炉が、前記触媒材を加熱する触媒加熱機構を備えていることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、第１触媒炉及び第２触媒炉が、触媒材を加熱する触媒加熱機構を備えているので、触媒加熱機構により高い触媒作用が得られる温度にまで触媒を加熱することで、高い触媒効果を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の油化システムでは、空気を冷却して冷気を発生させる空冷用冷却装置を備え、前記第１油化器及び前記第２油化器が、前記第１の気化ガス又は前記第２の気化ガスを前記空冷用冷却装置からの前記冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器であることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、第１油化器及び第２油化器が、第１の気化ガス又は第２の気化ガスを空冷用冷却装置からの冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器であるので、水冷式熱交換器など液体を冷媒とする場合に比べてメンテナンス性が向上すると共に電気的ショート等を低減させることができる。また、冷気を冷媒としているので、従来の単に常温の空気と熱交換させる場合に比べて高い冷却効果を得ることができる。
【００１１】
さらに、本発明の油化システムでは、前記空冷用冷却装置からの前記冷気を前記溶解炉、前記第１の気化炉及び前記第２の気化炉の少なくとも一つの駆動機構における発熱部に送る駆動部用冷却配管を備えていることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、駆動部用冷却配管によって冷気を溶解炉、第１の気化炉及び第２の気化炉の少なくとも一つの駆動機構における発熱部（例えば、ベアリング部等）に送るので、駆動機構を冷却することができ、装置の寿命を向上させることができる。特に、本発明では、カンタル合金材による電熱ヒータ部を採用し、従来よりも高温で加熱を行っているため、気化炉の駆動機構に対する熱負荷も大きくなることから、冷気による高い冷却効果の空冷が有効である。
【００１２】
また、本発明の油化システムは、前記第２油化器の下部に接続され発生した液状の第２の油を回収するオイルタンクと、前記オイルタンクの上部に接続され内部の空気を吸引するタンク用ブロアと、を備えていることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、オイルタンク内部の空気を吸引するタンク用ブロアを備えているので、オイルタンク内が減圧されて第２油化部で油化されたオイル（第２の油）を吸引し易くすると共に、オイルタンクと接続されている第２油化部も減圧されて第２油化部内への気化ガスの吸引も促進することができる。
【００１３】
また、本発明の油化システムは、前記溶解炉に合成樹脂を投入する材料供給部を備え、該材料供給部が、合成樹脂を所定量に小分けして所定時間間隔で投入する投入制御機構を備えていることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、材料供給部が、合成樹脂を所定量に小分けして所定時間間隔で投入する投入制御機構を備えているので、いわゆるバッチ式で合成樹脂材料の投入量を調整でき、合成樹脂材料が一気に溶解炉へ流れ落ちて処理能力を超えてしまうことを防ぐことができる。
【００１４】
さらに、本発明の油化システムは、前記材料供給部が、合成樹脂を貯留するホッパー部と、該ホッパー部の下部と前記溶解炉の上部とを接続する投入管と、を備え、前記投入制御機構が、前記ホッパー部の下部と前記投入管との間に水平軸中心に回転可能に支持された複数枚の羽根部を有する回転羽根状弁と、該回転羽根状弁を回転駆動する羽根状弁用モータと、を備えているを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、投入制御機構が、回転羽根状弁と、該回転羽根状弁を回転駆動する羽根状弁用モータと、を備えているので、回転羽根状弁を回転させることで、回転羽根状弁の羽根部間に入った合成樹脂の材料分だけが小分けされて投入管から溶解炉に投入される。したがって、回転羽根状弁と羽根状弁用モータとの簡易な構成により、一定量の材料を分けて投入できると共に、回転羽根状弁の回転速度を調整することで、投入量を容易に調整することができる。
【００１５】
また、本発明の油化システムは、前記材料供給部が、溶解炉の上部に合成樹脂を投入可能とされ、前記溶解炉の下部から前記溶解炉内のガスを吸引するオフガス用ブロアを備えていることを特徴とする。すなわち、この油化システムでは、溶解炉の下部から溶解炉内のガスを吸引するオフガス用ブロアを備えているので、合成樹脂を下方に吸引して溶解炉内への導入を促進することができる。特に、軽い合成樹脂の材料を投入する際には、有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明の油化システムによれば、第１電熱ヒータ部及び第２電熱ヒータ部がフェライト系抵抗合金であるカンタル合金材で形成されているので、従来のニクロムヒータに比べて連続運転でも高温使用が可能であり、高い耐久性を有している。したがって、長期にわたって高温のヒータ加熱が可能であり、合成樹脂の効率的な加熱が可能であると共に、交換頻度の低減による部品コストの低減を図ることができる。
また、燃料が必要なバーナーを使用せずに、カンタル合金材による第１電熱ヒータ部及び第２電熱ヒータ部を採用することで、電力だけでガス化に十分な高温加熱が可能であると共に、システム又は装置の小型化及び低生産コスト化を図ることができる。
さらに、本発明の油化システムによれば、カンタル合金材の第２電熱ヒータ部を有する第２気化炉で第１の油を再度ガス化して、これ油化するので、例えばロウ状物質が含まれるＡ重油相当であった第１の油を、ロウ状物質のほとんど無い軽油相当の油に精製することができる。
このように、本発明では、カンタル合金ヒータによる二度の高温ガス化処理と液化処理とによって、廃プラスチック等の合成樹脂から燃料油として使用可能な軽油相当の油を、高効率かつ低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明における油化システムの一実施形態を、図１に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１８】
本実施形態における油化システムは、廃棄プラスチック等の合成樹脂（プラスチック）を油化させる電気式の油化装置又は油化プラントであって、材料の合成樹脂を加熱して溶解させる溶解炉１と、該溶解炉１の上部から溶解炉１内に合成樹脂を投入する材料供給部２と、溶解炉１で溶解された合成樹脂を加熱して第１の気化ガスを発生させる第１気化炉３Ａと、該第１気化炉３Ａで発生した第１の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材４に接触させる２つの第１触媒炉５Ａと、第１の気化ガスを冷却して液状の第１の油（ナフサ）を生成する第１コンデンサ（第１油化器）６Ａと、第１の油を加熱して第２の気化ガスを発生させる第２気化炉３Ｂと、該第２気化炉３Ｂで発生した第２の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材４に接触させる２つの第２触媒炉５Ｂと、第２の気化ガスを冷却して液状の第２の油を生成する第２コンデンサ６Ｂ（第２油化器）と、空気を冷却して第１コンデンサ６Ａ及び第２コンデンサ６Ｂ用の冷媒として冷気を発生させる空冷用冷却装置７と、第２コンデンサ６Ｂの下部に接続され発生した液状の第２の油を回収するオイルタンク８と、を備えている。
【００１９】
材料となる上記合成樹脂は、例えば１〜２ｃｍほどに粉砕されたポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン等のプラスチック材料である。
上記材料供給部２は、材料の合成樹脂を貯留するホッパー部９と、該ホッパー部９の下部と溶解炉１の上部とを接続する投入管１０と、合成樹脂を所定量に小分けして所定時間間隔で投入する投入制御機構１１と、溶解炉１の下部から溶解炉１内のオフガスを吸引するオフガス用ブロア１２と、を備えている。
【００２０】
上記投入制御機構１１は、ホッパー部９の下部と投入管１０との間に水平軸中心に回転可能に支持され互いに直交して半径方向外方に延在した４枚の羽根部を有する回転羽根状弁１３と、該回転羽根状弁１３を回転駆動する羽根状弁用モータ１４と、を備えている。この羽根状弁用モータ１４は、エンコーダ式回転制御モータであって、４枚の羽根部により各９０度分割で投入領域が４等分されている回転羽根状弁１３を回転させ、材料の合成樹脂を一定量に分割してバッチ式で投入管１０を介して溶解炉１に送り込むものである。
【００２１】
上記溶解炉１は、丸鋼管本体１５と、該丸鋼管本体１５内に回転可能にベアリング部１６で傾斜軸支され合成樹脂の材料を攪拌しながら搬送する溶解炉リードスクリュー１７と、該溶解炉リードスクリュー１７に接続されこれを回転駆動する溶解炉用モータ１８と、丸鋼管本体１５内の合成樹脂を加熱して溶解する溶解炉電熱ヒータ部１９と、を備えている。
【００２２】
上記溶解炉電熱ヒータ部１９は、丸鋼管本体１５の外周に設置されたセラミックス製のヒータホルダー中に組み込んだカンタル合金材で形成された複数の電熱ヒータである。この溶解炉電熱ヒータ部１９は、丸鋼管本体１５の延在方向に複数に分割されて設置されている。この溶解炉電熱ヒータ部１９によって丸鋼管本体１５内の合成樹脂はペースト状になるまで加熱される。例えば、溶解炉１内は、溶解炉電熱ヒータ部１９により２００℃〜３５０℃に加熱される。なお、複数に分割された溶解炉電熱ヒータ部１９は、炉内の合成樹脂の搬送方向に応じて、すなわち炉内の合成樹脂の溶解状態に応じて段階的に温度が高く設定されている。
【００２３】
上記第１気化炉３Ａは、筒状炉体２０と、該筒状炉体２０内に回転可能にベアリング部１６で水平軸支され合成樹脂を攪拌しながら搬送する気化炉リードスクリュー２１と、該気化炉リードスクリュー２１に接続されこれを回転駆動する気化炉用モータ２２と、該筒状炉体２０内のペースト状の合成樹脂を加熱して液状化すると共にさらに気化させる第１電熱ヒータ部２３と、を備えている。
【００２４】
上記筒状炉体２０は、溶解炉１でペースト状に溶解された合成樹脂が投入される炉体前段部２０Ａと、該炉体前段部２０Ａの後段に設けられ加熱によりペースト状から液状に加熱された合成樹脂からの気化を促進する気化促進部２０Ｂと、を備えている。
上記気化促進部２０Ｂは、断面Ｕ字状のＵ字筒構造とされ、液面が広く設定されて気化面積を多く取ることによって気化効率を上げる構造が採用されている。
【００２５】
上記第１電熱ヒータ部２３は、溶解炉電熱ヒータ部１９と同様に、筒状炉体２０の外周に設置されたセラミックス製のヒータホルダー中に組み込んだカンタル合金材で形成された複数の電熱ヒータである。この第１電熱ヒータ部２３は、筒状炉体２０の延在方向に複数に分割されて設置されている。この第１電熱ヒータ部２３によって筒状炉体２０内の合成樹脂が液状化され気化される温度まで加熱される。
【００２６】
上記第２気化炉３Ｂは、筒状炉体４０と、該筒状炉体４０内の第１の油を加熱して第２の気化ガスへ気化させる第２電熱ヒータ部４３と、を備えている。
上記第２電熱ヒータ部４３は、第１電熱ヒータ部２３と同様に、筒状炉体４０の外周に設置されたセラミックス製のヒータホルダー中に組み込んだカンタル合金材で形成された複数の電熱ヒータである。これら第２電熱ヒータ部４３は、筒状炉体４０の延在方向に複数に分割されて設置されている。これら第２電熱ヒータ部４３によって筒状炉体４０内の第１の油が気化される温度まで加熱される。なお、第１の油をガス化する第２気化炉３Ｂは、溶解した合成樹脂をガス化するための第１気化炉３Ａよりも小型でよい。
【００２７】
例えば、第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３のカンタル合金材によるヒータ線は、７００℃〜８００℃の範囲で加熱され、第１気化炉３Ａ及び第２気化炉３Ｂ内は、第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３により３９０℃〜４６０℃の範囲内に加熱される。好ましくは、３Ｐ（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン）の全てにおいて十分なガス化を行うために炉内を４５０℃以上に保持するように加熱を行う。なお、炉内温度の上限を４６０℃としているのは、上述したように炉内温度が４５０℃以上であれば３Ｐ全てをガス化させることができるため、必要以上に加熱電力を消費させないように、１０℃の余裕を持たせて上限を４６０℃に設定している。また、複数に分割された第１電熱ヒータ部２３は、炉内の合成樹脂の搬送方向に応じて、すなわち炉内の合成樹脂の液化状態に応じて段階的に温度が高く設定されている。
【００２８】
なお、第１電熱ヒータ部２３を起動してから合成樹脂が気化するまでの温度に到達する時間を短くすることで、効率アップを図ることができる。したがって、第１電熱ヒータ部２３では、第１気化炉３Ａ内の温度検出を行い、気化温度に達するまでは高いヒータ温度に設定されるが、炉内が気化温度に到達したらヒータ温度の制御設定温度を下げて炉内温度がオーバーシュートしないように制御されている。
【００２９】
また、溶解炉電熱ヒータ部１９及び第１電熱ヒータ部２３は、電気絶縁カバーがないとカンタル合金材のヒータ線と丸鋼管本体１５又は筒状炉体２０とが接触して漏電するおそれがあるため、４８Ｖ以下の電圧が加えられるように設定されている。また、カンタル合金材のヒータ線は、空気中で加熱すると電気絶縁性の保護酸化被膜が形成され、寿命が向上する。
【００３０】
上記カンタル合金材としては、ＡＰＭ線、Ａｌ線、ＡＦ線、Ｄ線又はＬＴ線等が採用可能である。
上記溶解炉用モータ１８及び気化炉用モータ２２は、溶解された合成樹脂の粘度に応じて２倍から３倍の負荷が加わるため、これに耐えるトルク制御用ベクトルドライバーを有したインバータ制御ギアードモータである。
【００３１】
上記第１触媒炉５Ａは、触媒材４への負荷を低減するために気化促進部２０Ｂの上部に２つに分けて接続されており、鋼管内に触媒材４が収納されて第１気化炉３Ａから導入された気化ガスが触媒材４間を流通可能になっている。
また、上記第２触媒炉５Ｂは、触媒材４への負荷を低減するために第２気化炉３Ｂの筒状炉体４０の上部に接続されており、鋼管内に触媒材４が収納されて第２気化炉３Ｂから導入された第２の気化ガスが触媒材４間を流通可能になっている。
上記触媒材４としては、例えば人工ゼオライトや活性アルミ等が採用されている。
【００３２】
また、第１触媒炉５Ａ及び第２触媒炉５Ｂは、触媒材４を加熱する触媒炉電熱ヒータ部（触媒加熱機構）２４を備えている。この触媒炉電熱ヒータ部２４は、第１触媒炉５Ａ及び第２触媒炉５Ｂの鋼管外周に設置されたセラミックス製のヒータホルダー中に組み込んだカンタル合金材で形成された電熱ヒータである。この触媒炉電熱ヒータ部２４により、高い触媒作用が得られる所定の温度まで触媒材４が加熱される。
【００３３】
上記第１コンデンサ６Ａは、第１触媒炉５Ａに接続され、第１触媒炉５Ａを介して送られた第１の気化ガスを空冷用冷却装置７からの冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器である。
また、上記第２コンデンサ６Ｂは、第２触媒炉５Ｂに接続され、第２触媒炉５Ｂを介して送られた第２の気化ガスを空冷用冷却装置７からの冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器である。
【００３４】
上記空冷用冷却装置７には、第１コンデンサ６Ａ及び第２コンデンサ６Ｂへの冷気を送るコンデンサ用冷気配管２５が接続されている。また、第１コンデンサ６Ａ及び第２コンデンサ６Ｂには、第１の気化ガス又は第２の気化ガスとの熱交換された冷気を溶解炉１及び第１気化炉３Ａの駆動機構におけるベアリング部１６等の発熱部に送る駆動部用冷却配管２６が接続されている。
【００３５】
また、駆動部用冷却配管２６は、途中で分岐され溶解炉１の投入管１０近傍外周を覆う冷却ジャケット２７に接続されている。この冷却ジャケット２７は、溶解炉１の投入管１０近傍を上記冷気で冷却して、溶解炉１に投入される合成樹脂が投入管１０付近で溶解して付着し、合成樹脂材料のスムーズな流通を妨げることを防ぐ機能を有している。
【００３６】
上記オイルタンク８は、第２コンデンサ６Ｂとオイル配管２８で接続され、オイル配管２８を介して第２コンデンサ６Ｂで冷却され液状化された第２の油を回収可能とされている。
また、オイルタンク８の上部には、タンク内部の空気を吸引するタンク用ブロア２９が接続されている。このタンク用ブロア２９は、インバータ制御されて最適な吸引速度に制御されている。
【００３７】
上記オフガス用ブロア１２及びタンク用ブロア２９には、水を貯留した水封槽３１がオフガス配管３０を介して接続されている。なお、オフガス配管３０の先端は、水封槽３１内の水中に配されている。また、この水封槽３１の上部には、回収したオフガスを燃焼させるオフガス燃焼器３２が接続されている。すなわち、溶解炉１及びオイルタンク８からのオフガスは、水封槽３１で一旦水中を通した後にオフガス燃焼器３２で燃焼される。
【００３８】
なお、溶解炉１及び第１気化炉３Ａには、非常消火の際にＣＯ２配管３３ａで炉内にＣＯ２を送り込む非常消火用ＣＯ２ボンベ３３が接続されている。
【００３９】
上述したように、本実施形態の油化システムは、第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３がフェライト系抵抗合金であるカンタル合金材で形成されているので、６００℃程度が限界の従来のニクロムヒータに比べて１４００℃程度までの高温使用が可能であり、高い耐久性を有している。すなわち、本実施形態の油化システムでは、カンタル合金ヒータによって７００℃程度の高温で連続運転を行ってもヒータの劣化がなく、加熱温度を安定して保持できることから、炉内温度をガス化に適した４５０℃程度に長期にわたって維持することができる。また、従来よりも大幅に高い温度での加熱により、急速にガス化温度まで炉内温度を上昇させることができ、立ち上げ時間を大幅に短縮することもできる。このように、従来のニクロムヒータでは実際上、ガス化及び油化が不完全であったのに対し、高寿命で高温加熱が可能なカンタル合金ヒータの第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３を採用することにより、高効率で長期にわたって安定したガス化及び油化を行うことができる。
【００４０】
また、ガス化のための加熱手段として燃料が必要なバーナーを使用せずに、カンタル合金材による第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３を採用することで、電力だけでガス化に十分な高温加熱が可能であると共に、システム又は装置の小型化及び低生産コスト化を図ることができる。
さらに、第２気化炉３Ｂにおいてカンタル合金材で形成された第２電熱ヒータ部４３により第１の油を加熱して第２の気化ガスを発生させ、これを第２コンデンサ６Ｂで冷却して第２の油にするので、例えばロウ状物質が含まれるＡ重油相当であった第１の油をロウ状物質のほとんど無い軽油相当の第２の油に精製することができる。
【００４１】
また、第１電熱ヒータ部２３及び第２電熱ヒータ部４３が、炉内を４５０℃以上に保持して加熱するので、十分に良好なガス化が可能な温度まで加熱されて保持された炉内で二度のガス化が行われて良質な油を得ることができる。
さらに、第１触媒炉５Ａ及び第２触媒炉５Ｂが、触媒材４を加熱する触媒炉電熱ヒータ部２４を備えているので、触媒炉電熱ヒータ部２４により高い触媒作用が得られる温度にまで触媒を加熱することで、高い触媒効果を得ることができる。
【００４２】
また、第１コンデンサ６Ａ及び第２コンデンサ６Ｂが、第１の気化ガス又は第２の気化ガスを空冷用冷却装置７からの冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器であるので、水冷式熱交換器など液体を冷媒とする場合に比べてメンテナンス性が向上すると共に電気的ショート等を低減させることができる。また、冷気を冷媒としているので、従来の単に常温の空気と熱交換させる場合に比べて高い冷却効果を得ることができる。
【００４３】
また、駆動部用冷却配管２６によって冷気を溶解炉１及び第１の気化炉３Ａの駆動機構における発熱部（例えば、ベアリング部等）に送るので、駆動機構を冷却することができ、装置の寿命を向上させることができる。特に、カンタル合金材による第１電熱ヒータ部２３を採用し、従来よりも高温で加熱を行っているため、第１気化炉３Ａの駆動機構に対する熱負荷も大きくなることから、冷気による高い冷却効果の空冷が有効である。なお、第２気化炉３Ｂにも駆動機構を設けた場合、この駆動機構にも駆動部用冷却配管２６によって冷気を送って冷却するようにしても構わない。
【００４４】
また、材料供給部２が、合成樹脂を所定量に小分けして所定時間間隔で投入する投入制御機構１１を備えているので、いわゆるバッチ式で合成樹脂材料の投入量を調整でき、合成樹脂材料が一気に溶解炉１へ流れ落ちて処理能力を超えてしまうことを防ぐことができる。
【００４５】
さらに、投入制御機構１１が、回転羽根状弁１３と羽根状弁用モータ１４との簡易な構成であり、一定量の材料を分けて投入できると共に、回転羽根状弁１３の回転速度を調整することで、投入量を容易に調整することができる。
また、溶解炉１の下部から溶解炉１内のガスを吸引するオフガス用ブロア１２を備えているので、合成樹脂を下方に吸引して溶解炉１内への導入を促進することができる。特に、軽い合成樹脂材料を投入する際には、有効である。
【００４６】
また、オイルタンク８内部の空気を吸引するタンク用ブロア２９を備えているので、オイルタンク８内が減圧されて第２コンデンサ６Ｂで油化されたオイル（第２の油）を吸引し易くすると共に、オイルタンク８と接続されている第２コンデンサ６Ｂも減圧されて第２コンデンサ６Ｂ内への気化ガスの吸引も促進することができる。
【実施例】
【００４７】
上記実施形態の油化システムを用いて、実際に廃棄プラスチックの合成樹脂から生産した第２の油について分析した結果を以下に示す。
すなわち、原料として３Ｐ（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン）の廃棄プラスチックを本油化システムのホッパー部９に投入し、溶解炉１、第１気化炉３Ａ、第１触媒炉５Ａ、第１コンデンサ６Ａ、第２気化炉３Ｂ、第２触媒炉５Ｂ及び第２コンデンサ６Ｂをこの順序で経て、オイルタンク８に送られた第２の油について、油化成分分析を行った。また、比較として、第１コンデンサ６Ａで得た第１の油についても、同様に油化成分分析を行った。
【００４８】
第１の気化ガスから得られた第１の油では、３Ｐがいずれも多成分の低沸点分子に分解されており、沸点はいずれも１５０℃以下で沸騰するガソリン臭の液体であった。なお、常圧蒸留した際に残渣成分としてロウ状の痕跡が認められた。また、３Ｐのうち、ポリスチレンについては、分解成分が多数ではなく、複数の成分がＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）によって観察された。一方、ロウ状物質は極めて多数成分が観測された。したがって、この第１の油は、引火点が低く、比較的少ない種類の混合成分であり、Ａ重油相当と判断される。
【００４９】
これに対して、第２の気化ガスから得られた第２の油では、第１の油で見られたロウ状物質がほとんど認められなかった、したがって、第２の油は、燃料として十分に使用可能な軽油相当であると判断される。すなわち、第２の油は、「廃プラスチック熱分解油−ボイラー用燃料及びディーゼル発電機用燃料」のＪＩＳ規格に適合させると、「ボイラー用燃料」に該当するレベルであった。
また、第２の油を、実際にディーゼルエンジン搭載の市販車に燃料として使用したところ、市販の軽油同様に、ディーゼルエンジンが駆動でき、２００ｋｍ以上の走行を行っても何ら支障がなかった。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、２つの第１触媒炉、１つの第２触媒炉、各１つの第１コンデンサ及び第２コンデンサを備えているが、１つ又は３つ以上の第１触媒炉、２以上の第２触媒炉、２以上の第１コンデンサ及び第２コンデンサを備えても構わない。
また、溶解炉電熱ヒータ部及び第１電熱ヒータ部は、合成樹脂の搬送方向に沿って複数分割されて溶解炉及び第１気化炉に設けられるが、分割数や設置範囲は、第１気化炉及び溶解炉のサイズ等に応じて設定される。また、第２気化炉についても第２電熱ヒータ部の分割数や設置範囲は、炉のサイズ等に応じて設定される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る油化システムの一実施形態を示す全体の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…溶解炉、２…材料供給部、３Ａ…第１気化炉、３Ｂ…第２気化炉、４…触媒材、５Ａ…第１触媒炉、５Ｂ…第２触媒炉、６Ａ…第１コンデンサ（第１油化器）、６Ｂ…第２コンデンサ（第２油化器）、７…空冷用冷却装置、８…オイルタンク、９…ホッパー部、１０…投入管、１１…投入制御機構、１２…オフガス用ブロア、１３…回転羽根状弁、１４…羽根状弁用モータ、１９…溶解炉電熱ヒータ部、２３…第１電熱ヒータ部、２４…触媒炉電熱ヒータ部（触媒加熱機構）、２６…駆動部用冷却配管、２９…タンク用ブロア、４３…第２電熱ヒータ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂を加熱して溶解させる溶解炉と、
該溶解炉で溶解された合成樹脂をカンタル合金材で形成された第１電熱ヒータ部により加熱して第１の気化ガスを発生させる第１気化炉と、
前記第１の気化ガスを冷却して液状の第１の油を生成する第１油化器と、
前記第１の油をカンタル合金材で形成された第２電熱ヒータ部により加熱して第２の気化ガスを発生させる第２気化炉と、
前記第２の気化ガスを冷却して液状の第２の油を生成する第２油化器と、を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項２】
請求項１に記載の油化システムであって、
前記第１電熱ヒータ部及び前記第２電熱ヒータ部が、炉内を４５０℃以上に保持して加熱することを特徴とする油化システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の油化システムであって、
前記第１の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材に接触させる第１触媒炉と、
前記第２の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材に接触させる第２触媒炉と、を備え、
前記第１触媒炉及び前記第２触媒炉が、前記触媒材を加熱する触媒加熱機構を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の油化システムであって、
空気を冷却して冷気を発生させる空冷用冷却装置を備え、
前記第１油化器及び前記第２油化器が、前記第１の気化ガス又は前記第２の気化ガスを前記空冷用冷却装置からの前記冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器であることを特徴とする油化システム。
【請求項５】
請求項４に記載の油化システムであって、
前記空冷用冷却装置からの前記冷気を前記溶解炉、前記第１の気化炉及び前記第２の気化炉の少なくとも一つの駆動機構における発熱部に送る駆動部用冷却配管を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の油化システムであって、
前記第２油化器の下部に接続され発生した液状の第２の油を回収するオイルタンクと、
前記オイルタンクの上部に接続され内部の空気を吸引するタンク用ブロアと、を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の油化システムであって、
前記溶解炉に合成樹脂を投入する材料供給部を備え、
該材料供給部が、合成樹脂を所定量に小分けして所定時間間隔で投入する投入制御機構を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項８】
請求項７に記載の油化システムであって、
前記材料供給部が、合成樹脂を貯留するホッパー部と、
該ホッパー部の下部と前記溶解炉の上部とを接続する投入管と、を備え、
前記投入制御機構が、前記ホッパー部の下部と前記投入管との間に水平軸中心に回転可能に支持された複数枚の羽根部を有する回転羽根状弁と、
該回転羽根状弁を回転駆動する羽根状弁用モータと、を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の油化システムであって、
前記材料供給部が、溶解炉の上部に合成樹脂を投入可能とされ、
前記溶解炉の下部から前記溶解炉内のガスを吸引するオフガス用ブロアを備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項１】
合成樹脂を加熱して溶解させる溶解炉と、
該溶解炉で溶解された合成樹脂をカンタル合金材で形成された第１電熱ヒータ部により加熱して第１の気化ガスを発生させる第１気化炉と、
前記第１の気化ガスを冷却して液状の第１の油を生成する第１油化器と、
前記第１の油をカンタル合金材で形成された第２電熱ヒータ部により加熱して第２の気化ガスを発生させる第２気化炉と、
前記第２の気化ガスを冷却して液状の第２の油を生成する第２油化器と、を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項２】
請求項１に記載の油化システムであって、
前記第１電熱ヒータ部及び前記第２電熱ヒータ部が、炉内を４５０℃以上に保持して加熱することを特徴とする油化システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の油化システムであって、
前記第１の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材に接触させる第１触媒炉と、
前記第２の気化ガスを液化可能なガスへ変質させる触媒材に接触させる第２触媒炉と、を備え、
前記第１触媒炉及び前記第２触媒炉が、前記触媒材を加熱する触媒加熱機構を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の油化システムであって、
空気を冷却して冷気を発生させる空冷用冷却装置を備え、
前記第１油化器及び前記第２油化器が、前記第１の気化ガス又は前記第２の気化ガスを前記空冷用冷却装置からの前記冷気と熱交換させて冷却する空冷式熱交換器であることを特徴とする油化システム。
【請求項５】
請求項４に記載の油化システムであって、
前記空冷用冷却装置からの前記冷気を前記溶解炉、前記第１の気化炉及び前記第２の気化炉の少なくとも一つの駆動機構における発熱部に送る駆動部用冷却配管を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の油化システムであって、
前記第２油化器の下部に接続され発生した液状の第２の油を回収するオイルタンクと、
前記オイルタンクの上部に接続され内部の空気を吸引するタンク用ブロアと、を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の油化システムであって、
前記溶解炉に合成樹脂を投入する材料供給部を備え、
該材料供給部が、合成樹脂を所定量に小分けして所定時間間隔で投入する投入制御機構を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項８】
請求項７に記載の油化システムであって、
前記材料供給部が、合成樹脂を貯留するホッパー部と、
該ホッパー部の下部と前記溶解炉の上部とを接続する投入管と、を備え、
前記投入制御機構が、前記ホッパー部の下部と前記投入管との間に水平軸中心に回転可能に支持された複数枚の羽根部を有する回転羽根状弁と、
該回転羽根状弁を回転駆動する羽根状弁用モータと、を備えていることを特徴とする油化システム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の油化システムであって、
前記材料供給部が、溶解炉の上部に合成樹脂を投入可能とされ、
前記溶解炉の下部から前記溶解炉内のガスを吸引するオフガス用ブロアを備えていることを特徴とする油化システム。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−５９３２９（Ｐ２０１０−５９３２９Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２７６４５（Ｐ２００８−２２７６４５）
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（５０５２１６２６５）株式会社キムテック (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（５０５２１６２６５）株式会社キムテック (6)
【Ｆターム（参考）】
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