廢棄塑料材料的油化處理裝置及其油化處理方法

2024-01-25 19:33:15 2

專利名稱：：廢棄塑料材料的油化處理裝置及其油化處理方法
技術領域：
：本發明涉及將廢棄塑料材料投入加熱爐內，通過加熱進行分解處理使其轉換為可以再利用的物質的廢棄塑料材料的分解處理技術。技術背景以往廢棄塑料材料的分解處理是在添加鄰苯二甲酸鈉或硬脂酸鈉等分解促進劑的狀態下，通過在50080or;高溫的加熱爐中加熱廢棄塑料材料而進行的。其中，通過這樣的加熱，廢棄塑料材料的聚合物分子被切斷，結果是生成液化的油脂成分。而且，分別精製這種油脂成分，可以得到能再利用的精氣油等油脂。這裡，在上述500800X:的高溫下分解處理廢棄塑料材料的情況下，面臨著為保持其溫度而增高燃料費用、電熱費用成本的問題。因此，本發明人在專利文獻i中提案，將投入到加熱爐內的廢棄塑料材料幹蒸加熱到250350X:左右的低溫狀態而不使其燃燒，分解成組成塑料材料的油脂成分，取出產生的氣體用冷卻裝置冷卻還原為油脂類的方法。詳細來說，通過在加熱爐內鋪上長石、雲母，而可高效率地在前述低溫狀態下完成這種油化處理。，專利文獻l:日本專利特開2004-168806
發明內容這裡，有關專利文獻1用廢棄塑料油化處理裝置分解廢棄塑料材料時(分批式)，如本專利說明書實施例的"實驗-4"中所示，單位時間的採油量為73g/小時，與加熱爐內不含長石的"實驗-5"(僅有耐火水泥)相比雖然顯示倍以上的數值，但若考慮實際運轉，可以預期在更短的時間內得到更高的油化效率。而且，可期望其分解產物(油分、碳化殘渣)，在產業上有更高的利用價值。因此，本發明的目的是提供既可在更短時間內以更高收率產生油分和碳化殘渣成分，又可以得到更優質的油分和碳化殘渣成分的手段。本發明U)，是一種廢棄塑料油化處理裝置，其特徵是具有將廢棄塑料材料加熱從而進行分解的加熱爐，並在該加熱爐內配備花崗巖。另外，該裝置典型地具有不僅在周壁外周配備加熱器且該加熱器外圍覆蓋絕熱材料的加熱爐，向加熱爐內供給廢棄塑料材料的進料器，回收由供給的廢棄塑料材料的熱分解而在該加熱爐內生成的氣化氣體的氣化氣體取出管，以及回收由供給的廢棄塑料材料的熱分解所生成的殘渣的殘渣排出裝置。本發明(2)，是前述發明(1)的裝置，前述花崗石適用於前述加熱爐內的內壁。本發明(3)，是一種廢棄塑料油化處理方法，其特徵是包含加熱廢棄塑料材料從而進行分解的工序，在花崗巖存在下實施前述分解工序。本發明(4)，是一種以廢棄塑料材料為原料的製備油分方法，其特徵是包含加熱廢棄塑料材料從而進行分解工序，在花崗巖存在下實施前述分解工序。本發明(5)，是一種以廢棄塑料材料為原料的製造碳化殘渣方法，其特徵是包含加熱廢棄塑料材料從而進行分解的工序，在花崗巖存在下實施前述分解工序。這裡，本專利的權利要求及說明書中被稱為"花崗巖"的礦物，可以列舉出含65°/。以上的二氧化矽(如65~70%),主成分為石英和長石，並含其他一種以上的有色礦物(如黑雲母或角閃石)的礦物。通過本發明，可以在走短時間且高效率地分解廢棄塑料材料，不僅可以實現迅速的廢棄物處理，也可以實現以高收率獲得具有產業利用價值的分解產物(油分、碳化殘渣)的效果。另外，關於分解產物，例如低溫(如150。C)處理的情況中，作為油分，可以得到大量的苯乙烯或乙基苯(苯乙烯的原料)等工業上有用的成分，另外作為碳化殘渣(廢塑料分解焦炭)，可以大量獲得不含硫黃，例如在用於煉鐵的情況下，作為不會變為脆4失的優良焦炭源而可利用的成分。附圖的簡要說明圖1為本油化處理裝置(連續式)整體相對於處理方向(圖中為從左到右的方向)從側面看的圖(正面圖)。圖2為從處理方向的上遊看本油化處理裝置(連續式)整體的圖(相當於圖l的左側面圖)。圖3為從處理方向的下遊看本油化處理裝置(連續式)整體的圖(相當於圖1的右側面圖)。圖4為相對於處理方向(圖中為從左到右的方向)從側面看本油化處理裝置(連續式)整體的圖(剖面圖)。圖5為本油化處理裝置(連續式)加熱爐的縱剖面圖。圖6為本油化處理裝置(連續式)加熱爐的橫剖面圖。圖7為本油化處理裝置(分批式)整體的立體圖。圖8為顯示本油化處理裝置(分批式)加熱爐內部構造的圖。圖9為顯示本油化處理裝置(分批式)冷卻手段的構造的圖。圖IO為顯示在本油化處理裝置(分批式)加熱爐上面冷卻液化時，該液體被導至蓄液部的情況的圖。具體實施方式首先，參照圖1圖6，說明有關本最優方式的油化處理裝置(連續式)。如前所迷，本油化處理裝置的特徵是，在加熱廢棄塑料材料從而進行分解的加熱爐內配備花崗巖。因此，以下首先說明該油化處理裝置的整體構造，隨後說明有關特徵部分的構成要素(加熱爐)，然後說明剩餘的構成要素。另外，在本發明的最優方式中，作為應用於加熱爐內壁中"含花崗巖層"(連續式)的例子，只要加熱爐內存在花崗巖無論何種方式均可，例如，可以是花崗巖(或含有花崗巖的陶瓷體等)覆蓋在加熱爐的爐床(或在爐床上等配置的板(例如鐵板)上}的方式或、在廢棄塑料材料中混有花崗巖的方式。然後，參照圖示詳細敘述本油化處理裝置(連續式)的整體構造。首先，圖1為本油化處理裝置整體相對於處理方向(圖中為從左到右的方向)從側面看的圖(正面圖)。另外，圖2為從處理方向的上遊看本油化處理裝置整體的圖(相當於圖1的左側面圖)。進而，圖3為從處理方向的下遊看本油化處理裝置整體的圖(相當於圖1的右側面圖)。如這些圖所示，本油化處理裝置是由沿處理方向呈圓筒狀的加熱爐1、給加熱爐1內供給廢棄塑料材料的給料器2、給加熱爐1內供給鈉類催化劑的催化劑給料器3，從投入加熱爐1內的廢棄塑料材料提取由加熱處理分解所產生的氣化氣體而導入至後述冷卻裝置5的氣化氣體取出管4、冷卻處理經氣化氣體取出管4提取的氣化氣體的冷卻裝置5、以及排出(收納)在加熱爐1內產生的主要由碳所形成的碳化殘渣的殘渣排出裝置6所構成。然後收納固定這些各構成元件於才幾框F內。其次，詳細說明本發明的特徵構成要素、即、加熱爐1的構造。首先，參考圖4~圖6，詳細敘述本發明的特徵部分，即、形成於加熱爐l內面的"含花崗巖層"。該加熱爐1的^i^出構造，是由沿處理方向形成圓筒狀的周壁10，以及從前後(軸方向的兩端)封閉該周壁10的側壁11所構成。而且在該圓筒橫倒狀的加熱爐1內面(由周壁10+側壁11側壁ll所構成的內壁)的整體或一部分形成含花崗巖層m。這裡，該含花崗巖層m只要含有花崗巖，就沒有特別的限制，例如可列舉出花崗巖本身的成形體(例如嵌板)、含花崗巖的粉碎物的陶瓷體(例如混合花崗巖粉碎物耐火水泥水而燒成的陶瓷體(例如嵌板)}、含花崗巖的粉碎物的可澆鑄成型物。更具體的可列舉出將形成板狀的天然花崗巖的陶瓷平板粘貼在加熱爐內壁面的樣式、將粉碎的天然花崗巖與耐火水泥及水混煉，成泥漿狀塗在加熱爐內壁面的樣式(該塗著體是通過加熱爐運轉的加熱而燒成，形成陶瓷體的含花崗巖層)。其中，含花崗巖層雖然可以形成於內面的4壬何位置，但形成於內壁面比形成於爐床更有效。另外，在該最佳方式中雖例示圓筒狀的加熱爐，但其他形狀的情況，可配合該形狀適當地決定含花崗巖層的設置位置。例如，當是上面側為平坦、周壁在側剖面為U狀的U字管(其一端設置廢棄塑料材料的供給口，另一端則設置排出口)的加熱爐的情況下，可於上面側、周壁、供給口側壁及排除口側壁的全部或一部分形成含花崗巖層。這裡，從後述的實施例結果也可以明了，含花崗巖層，優選含有大小約為小石子狀的粗粉碎片的花崗巖的樣式(實施例的"實驗-6")。該樣式的情況，與花崗巖以板狀(實施例的"實驗-l")或粉狀(實施例的"實驗-3")存在時比較，除單位時間的釆油量非常高以外，亦可抑制燒成後的陶瓷板發生裂痕。此外，該粉碎片設置在內壁(特別是受重力影響的壁面)時，用耐火水泥等將粉碎片固定於壁面。另外，配置於不受重力影響的爐床等的位置時，可以全面鋪設等、也可是僅配置粉碎片的方式。其次，說明有關加熱爐1內部構造的其他構成要素。另外，前述含花崗巖層以外的構成要素,因不屬於本發明的特徵，所以即使以下說明的元件的一部分構成，無論是以不同的方式或不存在的方式、或附加其他構成要素的方式，只要具備前述本發明的特徵，均屬於本發明的範圍。首先，如圖1~圖3所示，該加熱爐1由支架la固定於機框F。而可旋轉地軸架於機框F的旋轉軸12，是按左右貫通的方式配備於該加熱爐1內腔的軸心部位。進一步如圖4所示，在此旋轉軸12的周面安裝有螺旋狀的攪拌器13。而且，該攪拌器13是由安裝於旋轉軸12—側的馬達M1驅動旋轉該旋轉軸12而轉動的。其次，為了保持加熱爐1內的溫度為規定溫度，在該加熱爐1的外側，將電熱加熱器a巻繞在加熱爐1的外周面(成為筒狀的周壁10)，同時在該被巻繞的電熱加熱器a的外周，進一步巻繞絕熱材料b成多層狀。此外，在本最佳方式中，從容易且確實地控制爐內溫度的角度雖採用該加熱裝置，但只要可設定該油化裝置內在規定(或規定範圍)的處理溫度，任何方式皆可(例如，在實施例中使用燃燒裝置)。其次，加料器2是由投入廢棄塑料材料的漏鬥20、與漏鬥20下方出口21連接的輸送筒22、軸架於該輸送筒22內的螺旋狀輸送器23，及驅動該輸送器23的馬達M2所構成。進而，此輸送筒22的前端，和與設置於加熱爐1一端(圖4的左側)的供給口15連接的導入廢棄塑料材料的連接筒24相連接。而且，投入漏鬥20內的廢棄塑料材料，由於馬達M2驅動輸送器23的運轉，而朝向輸送筒22的前端(圖4的右側)壓送。而且，被壓送到輸送筒22前端的廢棄塑料材料，通過連接在該前端的連接筒24,從供給口15導入到加熱爐1內。這裡，對於加料器2，為了防止供給加熱爐1內的廢棄塑料材料加熱分解而產生的氣化氣體的壓力而逆流噴出，在壓送廢棄塑料材料的輸送器23的終端設置有旋轉閥狀的導出機構25。另外，加料器2的材質或構造等，可適當決定以使處於水洗後的潤溼的狀態的廢棄塑料材料能供應到加熱爐1內。其次，催化劑加料器3，是由投入催化劑的漏鬥30、從投入該漏鬥30內的催化劑分出規定量的催化劑而進行供給的定量導出機構31，及誘導規定量的催化劑的輸送筒32所構成。這裡，該輸送筒32的下端，與前述加料器2的輸送筒22輸送方向的中間部位連接。結果便能發揮將來自加料器2的廢棄塑料材料及規定量的催化劑以混合狀態送進加熱爐1內功能。其次，如圖4所示，氣化氣體取出管4配置在加熱爐1的比中央的稍後方。另外，如圖5所示，氣體取出管4，通過與加熱爐1內腔連通的連接口40，配置在相對於加熱爐1軸方向的加熱爐1的左右上部，同時相對於通過周壁10軸芯位置的上下中心線X約成30度左右角度。結果，集聚在加熱爐1的爐內上部的氣化氣體(由廢棄塑料材料產生的氣化氣體)或水蒸汽等，可有效地引導至後述的冷卻裝置5。其次，冷卻裝置5，是由形成氣密的冷卻箱50、配置在其內部的散熱器狀的熱交換器51、貯存在熱交換器51內循環的由冷凍機冷卻的冷卻水的冷卻水箱52、及^f吏冷卻水在該冷卻水箱52內循環的泵P1所構成。這裡，在該冷卻箱50內部的前述熱交換器51的下方，配備接納由冷卻而凝結油化的油脂成分的託盤狀收納器53。而且，在該收納器53的底部，通過閥VI而連接，有排出貯存的油脂成分的油排出管54，在油排出量54前端還連接有回收箱tl。此外，在該收納器53內，由供應加熱爐1內的水而產生的氣化氣體與由氣化氣體取出管4引到冷卻箱50內的水蒸汽而冷卻生成的水(氯乙烯的分解和鈉類催化劑的反應而產生的NaCl),也與前述的油化後的油脂成分一起貯存在收納器53內。水與油脂成分分成兩層，而水相滯留在下層。另外該鹽水，經收納器53底面的閥V2通過連接的排水管55，貯存在與其下端連接的鹽水箱t2。此外，也可在裝置內不分離成兩層而將混合液排出再分離成兩層。殘渣排出裝置6，是由與設置於加熱爐1的另一端端部的殘渣排出口14相連的排出管61、該殘渣排出口14對外部成密閉狀態，具有將送到此的殘渣強制送出機能的閥檔門狀殘渣取出機構60、以及連接在該送出方向下遊的殘渣取出瓶62所構成。在此，殘渣取出機構60，具有由馬達M3(圖未顯示)驅動，將殘渣依次送進殘渣取出瓶62內的機能。另外，殘渣取出瓶62的外周由水套形成的冷卻器63所包圍。而前述冷卻水箱52內的冷卻水，通過泵P2在冷卻器63內循環。結果，回收到殘淹取出62的碳化殘渣既被冷卻的同時可保持氣密，所以可抑制該殘漆與空氣接觸的狀態下因與熱的相乘作用而引起粉塵爆發。進而，在回收該殘渣的殘渣取出瓶62,於其底部設置了為排出被冷卻殘渣的取出口64。而且，此取出口64也設置關閉自如地阻止從殘渣取出瓶62噴出的擋門65。進而，在該取出口64設置了當該擋門65開放時，將冷卻的殘渣取出至外部的輸送器66。其次，說明有關本最佳方式的油化處理裝置(連續式)的使用方法(一例)。首先，將裁斷的廢棄塑料材料投入漏鬥20。此時，經過水洗的廢棄塑料材料也可不經去除水分或乾燥而以潤溼狀態投入。另外，在催化劑加料器3中，為了分解廢棄塑料材料中含有的氯化乙烯分解時產生的氯化物，^鈉類催化劑(氫氧化鈉、碳酸氫鈉等)。而且作為導入該漏鬥內的廢棄塑料材料及鈉類催化劑的加熱爐的溫度，沒有特別的限制(優選的上限溫度設定在500。C以下)，例如可設定在150~400匸。其次，參考圖7~圖10，說明有關其他最佳方式的油化處理裝置(分批式)。但與連續式的情況相同的地方僅作簡略說明。首先，如圖7所示，本油化處理裝置是大致由方形的加熱爐101、為了加熱加熱爐內的燃燒器102、與燃燒器102連接並貫穿加熱爐101內部的熱傳遞配管103、為了防止熱傳遞配管103導入至加熱爐101之前冷卻的保溫裝置104、貯存冷卻水的、與水泵連接的冷卻水箱106、設置在加熱爐101正下方的蓄液部107、執行加熱爐101的溫度控制等的操作裝置109、及收納這些部件的框架110所構成，所述冷卻水;敗送到用於將加熱爐101內產生的氣體冷卻並液化的冷卻部件(後述)。此外，如圖所示，可以在構成上進一步配備冷凍機108,其是用於以冷卻氣體冷卻蓄液部107的。其次，參照圖8，說明有關本最佳方式的加熱爐101的構造。在該加熱爐101內，如圖所示，熱傳遞配管103配置成U字狀。這裡，於該熱傳遞配管103內，從燃燒器102導入燃燒空氣。而且，燃燒空氣的熱量通過熱傳遞配管103傳遞到加熱爐101內，結果加熱了加熱爐101內部。予以說明，通過調節燃燒器102的燃燒對加熱爐101內的分解溫度進行調整。其次，參照圖9，說明有關本最佳方式的冷卻機構的構造。這裡，圖9是加熱爐101的部分剖面圖。在該加熱爐101的上面及兩側面的內部，安裝有埋*沒有冷卻水配管112a的冷卻器112。而且，此加熱爐101，在該冷卻器112附近釆用雙重構造。具體來說，在加熱爐101內上方及左右，為了構築導入所生成的分解氣體的空間(分解氣體導入空間101b)，設置內部壁101a。而且，關於左右的內部壁101a，設置為了將在加熱爐101內所產生的氣體導引至前述氣體導入空間101b的導入開縫101a-l。在這樣的構造下，如圖所虧，產生的分解氣體G通過導入開縫101a-l而被導引至分解氣體導入空間101b，這樣，分解氣體G與冷卻器112接觸而:f皮冷卻液化。而且如圖中的箭頭所示，該液體L以本身的重量落到下方，貯存在前述蓄液部107內。而且，蓄液部107內也配備同樣的冷卻器。因此，當分解氣體不被液化而導引至蓄液部107時，以同樣機制的冷卻也可在該蓄液部107進行。此外，作為一例，圖IO顯示了於加熱爐101的上面冷卻液化時，將該液體導引至蓄液部107的情況。其次，說明有關本最佳方式的油化處理裝置(分批式)的使用方法(一例)。首先，在加熱爐101內的規定位置(例如在熱傳遞配管103的上方配置鐵板)，載置裁斷的廢棄塑料材料。此時，經過水洗的廢棄塑料材料也可不經除去水分或乾燥而以潤溼狀態投入。另外，在此廢棄塑料材料中，混合為了分解廢棄塑料材料中含有的氯化乙烯分解所產生的氯化物的鈉類催化劑(氫氧減鈉、碳酸氫鈉等)。而且，對導入這些廢棄塑料材料及鈉類催化劑的加熱爐的溫度，沒有特別的限制(優選的溫度上限設定在500'C以下)，例如設定在120~350。C的範圍。以下，參照實施例更具體地說明本發明。這裡，本實施例使用圖6等所示的分批式油化處理裝置。另外，將裁斷的廢棄塑料材料載置於配置在熱傳遞配管103上的鐵板上。另外，關於花崗巖的使用方法，分別按以下的形式進行，以下的實驗-1及-2是將花崗巖板載置於鐵板上，實驗-3是在鐵板上塗布耐火水泥而燒成，實驗-6是在鐵板上載置花崗巖的粉碎物。1.實驗內容實驗-l(實施例l):天然花崗巖石板+添加水分實驗-2(實施例2):天然花崗巖石板(未添加水分)實驗-3(實施例3):粉狀花崗巖與耐火水泥的混合物+添加水分實驗-4(比較例r):長石(專利文獻l)的粉碎物(小石狀)+添加水分實驗一5(比較例2):;耐火水泥+添加水分實驗-6(實施例4):花崗巖的粉碎物(小石狀)+添加水分2.實驗條件及實驗結果實驗條件及實驗結果如表1所示。這裡，最值得注意的數據是釆油量除以淨處理時間的單位時間的釆油量及廢棄塑料材料未被分解油化而剩餘的殘渣量。有關該注目點的實驗結果整理如下。(1)使用花崗巖板(實驗-1)、粉狀花崗巖與耐火水泥混合物(實驗-3)、花崗巖粉碎物(實驗-6)，並添加水分者，單位時間釆油量為100g以上，可穩定進行廢棄塑料材料的油化處理。(2)未實施添加水分的(實驗-2)，單位時間的採油量為92g，雖然稍為減少，但水分添加量的影響比較少。(3)使用長石(實驗-4)的，與使用花崗巖時相比，單位時間的釆油量雖然少，但如與特別使用與長石形狀(破碎品)一致的花崗巖破碎品(實驗-6)相比，單位時間的採油量在50%以下。因此，關於廢棄塑料材料油化性能，與長石比較可證明花崗巖格外優越。(4)不使用花崗巖而僅使用耐火水泥的(實驗-5)，單位時間的採油量為34g,非常少，而殘渣也為未分解的廢棄塑料的狀態，可知廢棄塑料分解油化性能極差。根據以上結果，可證實花崗巖的廢棄塑料油化處理性能非常優越。進而，如採油成分分析結果所示，因為在150n的低溫處理，亦說明可獲得有用的成分。表ltableseeoriginaldocumentpage13tableseeoriginaldocumentpage14權利要求1.廢棄塑料油化處理裝置，其特徵是具有將廢棄塑料材料加熱、進行分解的加熱爐，在該加熱爐內配備有花崗巖。2.權利要求l中記載的廢棄塑料油化處理裝置，其特徵是將前述花崗巖適用於該加熱爐內的內壁。3.廢棄塑料油化處理方法，其特徵是包括加熱廢棄塑料材料、進行分解的工序，在花崗巖存在下實施該分解工序。4.以廢棄塑料材料為原料的製造油分方法，其特徵是包括加熱廢棄塑料材料、進行分解的工序，以廢棄塑料材料為原料，在花崗巖存在下實施上述分解工序。5.以廢棄塑料材料為原料製造碳化殘渣的方法，其特徵是包括加熱廢棄塑料材料、進行分解的工序，以廢棄塑料材料為原料，在花崗巖存在下實施上述分解工序。全文摘要一種廢棄塑料油化處理裝置，其特徵是在加熱爐內配備花崗巖，既可在更短時間內以更高效率產生油分和碳化殘渣成分，又可以得到更優質的油分和碳化殘渣成分。文檔編號C08J11/12GK101321815SQ200680045750公開日2008年12月10日申請日期2006年12月4日優先權日2005年12月6日發明者小原祐二,靜間清申請人:小原祐二