JP2014500343A - プラスチック材料を少なくとも部分的に分解、特に解重合および／または洗浄するための反応器および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、プラスチック材料（１２）をガス化および／または洗浄、特に解重合するための反応器であって、プラスチック材料（１２）を受け入れるための反応容器（１４）と、該反応容器（１４）内でプラスチック材料（１２）を加熱するためのヒータ（１８）と、を具備し、反応容器には、少なくとも部分的に、溶融金属（２６）が充填されていてなる反応器に関する。本発明によれば、反応容器（１４）の内部空間（２２）に設けられている減速装置（２４、３２）は、反応容器（１４）における液化プラスチック材料（１２）の流れを緩慢にするために設けられている。減速装置（２４、３２）は、内部空間（２２）に可動に設けられた複数の物体（２５）有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラスチック材料をガス化および／または洗浄するための反応器であって、（ａ）プラスチック材料を受け入れるための反応容器と、（ｂ）該反応容器内でプラスチック材料を加熱するためのヒータと、を具備し（ｃ）反応容器には、少なくとも部分的に、溶融金属が充填されていてなる反応器に関する。第２の態様によれば、本発明は、プラスチック材料を少なくとも部分的に分解、特に解重合および／または洗浄するための方法に関する。

現在、使用されたプラスチック材料を、通常、プラスチックの品質がさほど重要でないような製品、例えばベンチまたは杭を加工することによって、材料として再利用する。しかしながら、これらの使用は、莫大な量のプラスチック廃棄物を処理することができない。それ故に、大部分のプラスチックごみを燃料として使用する。このことは、汚染防止の観点から望ましくない。

特許文献１からは、ごみを処理するための装置が公知である。この装置では、ごみは、下から、液体金属の浴に導入される。ごみは、分解し、かつ、液体または気体の形態で浴から出る。

特許文献２からは、バイオマスをガス化するための装置が公知である。このような反応器は、通常、プラスチック材料をガス化または洗浄するためには適していない。何故ならば、基礎となる化学プロセスが異なっているからである。

前提部分に記載の反応器は、特許文献３から公知である。この反応器には、プラスチック廃棄物を、これらのプラスチック廃棄物を加熱しかつ解重合するために用いる溶融金属へ導入する。このような反応器の欠点は、高い解重合族度が大型の反応器を必要とすることである。

特許文献４からは、誘導加熱された加熱媒体によって化学反応を実行するための方法が公知である。本発明の反応器とは異なり、記載の方法は合成に関し、解重合に関するのではない。

特許文献５からは、廃棄物材料を熱分解するための反応器が公知である。この場合、球体を廃棄物材料に加える。球体を、誘導ヒータによって加熱する。この反応器は溶融金属を有しない。

特許文献６からは、解重合反応器が公知である。この解重合反応器では、同様に、球体は、誘導ヒータによる加熱のためにある。この反応器も溶融金属を有しない。

プラスチックを材料として再利用するための特別な課題は、不純物である。従って、万が一の不純物、例えば、砂、有機残質物等は、再利用プロセスを損なわないことが保証されていなければならない。

US 5,436,210 A EP 1 840 191 A1 EP 2 161 299 DE 10 2007 059 967 A1 DE 23 28 545 A WO 2004/106 277 A1

従来の技術における欠点を減じるという課題が、本発明の基礎になっている。

本発明は、反応容器の内部空間に設けられておりかつ反応容器における液化プラスチック材料の流れを緩慢にするための減速装置を有する反応器を用いて、問題を解決し、該減速装置は、内部空間で可動に設けられた複数の物体を有する。

本発明の利点は、減速装置が、プラスチック材料を蛇行路へ押しやるように、形成されていることである。プラスチック材料は、このとき、減速装置が反応容器にある故に、大部分化学的反応が起こるように、長い道のりを進む。従って、内部空間に可動に設けられた複数の物体によって、ヒータによって加熱されかつそれ故に液化したプラスチック材料が、物体の近傍を通って長い道のりを進んで、反応器を通過する。このことは、分解性生物の高い収率をもたらす。

物体が移動自在に設けられており、従って、互いに対し移動することができることは、更なる利点である。プラスチック材料の不純物は、物体に堆積することがあるが、しかしながら、物体同士の常なる衝突により、万が一の堆積が即座に除去され、反応器から離れて上方へ出る。

物体が反応性表面を形成することは利点であって、このことは、反応器内の化学反応を加速させることができる。かくして、物体は、触媒によるコーティングを有することができる。

本明細書の枠内では、反応器は、特に、熱触媒解重合反応器を意味する。この反応器は、供給された重合体を熱的および／または触媒的に解重合するために、および／または重合体を低い融点または沸点で材料に分解するために形成されている反応器である。しかしまた、反応器は、プラスチック材料を洗浄するために形成されていてもよい。反応器内の温度を、そのとき、好ましくは、不純物は分解するが、プラスチック材料は影響されないように、選択する。

ヒータは、反応容器内のプラスチック材料に熱エネルギを供給するために形成されているあらゆる装置を意味する。このヒータは、少なくとも反応容器の部分および／または反応容器の内部空間に設けられた構成要素において誘導的に熱を発生させる誘導ヒータを意味する。このことは、反応容器の、径方向遥か内側に位置している部分も良好に加熱することができるという利点を有する。

減速装置は、特に、液化したプラスチック材料の流れが入口点から出口点へと減速されるように、少なくとも反応器に設けられている部分要素の、いわゆる物体の全体を意味する。複数の可動の物体は、特に、少なくとも１０００の、特に少なくとも１０,０００のかような物体が存在することを意味する。

物体が内部空間の中で可動に設けあれているという特徴は、特に、物体が、少なくとも１自由度で自由に移動することができることを意味する。物体が、２または３またはそれより多い自由度で移動することができることは、特に有利である。しかしながら、このことは、物体が内部空間の中のあらゆる点に達することを妨げられていることを除外しない。特に、反応容器の内部空間の如何なる点における物体の自由移動を妨げるリテーニング装置があってもよい。個々の物体が、例えば、可撓性の取付要素によって取り付けられていることも可能であるが、このことは面倒である。

物体（Koerper）とは、特に、粗い物体である。すなわち、物体は、互いに絡み合うのではなくて、互いに摺動することができるのである。この目的のために、物体は特に凸面状に、例えば球状に形成されている。このことは、特に、物体を完全に囲みかつ最小の直径を有する仮想の被覆球体（Huellkugel）の半径が、物体へ内接することができる最大の仮想の球体の半径より高々倍の大きさであることを意味する。

好ましい実施の形態では、物体は、少なくとも主に、強磁性体材料からなる。ヒータが誘導ヒータであるとき、このことによって、物体は加熱する。それ故に、物体の表面に、特に激しい化学反応が生じることができる。

この溶融金属が１５０℃未満の融点を有することは好ましい。しかしまた、融点が２５０℃未満または３００℃未満であってなる溶融金属を選択することも可能である。

反応器がプラスチック材料を供給するための供給装置を有することは好ましい。この供給装置が、底部近傍に設けられていることは好ましい。供給装置は、プラスチック材料を可塑化させることができる押出機を有してもよい。押出機が、プラスチック材料を反応容器の底部近くで反応容器へ排出するように、押出機が設けられていることは有利である。

反応器が、反応容器を出るガスを凝縮することができる凝縮器を有することは有利である。このようなガスは、例えば、プラスチック材料の分解生成物である。反応容器が、例えば計量装置を介して下方から反応容器へ導入されるポリオレフィンを有することは有利である。ポリオレフィンが分解するとき、石油に似た液体が生成される。この液体を、加熱の目的のために燃やすことができ、あるいは、合成の目的のために使用する。

好ましい実施の形態によれば、反応器は、球体の浮上を妨げるための少なくとも１つのリテーニング装置を有する。通常、３００℃未満の融点を有する溶融金属は、１立方センチ当たり８グラムを越える密度を有する。好ましい実施の形態において意図されるように、鋼製の物体を使用するとき、これらの物体は、溶融金属の中で浮力を受ける。物体が溶融金属の表面まで上昇することを防止するために、リテーニング装置が設けられている。反応中に発生するガスが、反応容器から迅速に出ることができるように、リテーニング装置が複数の開口部を有することは好ましい。該開口部は、物体が押さえられるが、ガスは自由に流れることができるように、構成されている。

少なくとも１つのリテーニング装置が、リテーニング装置を上下に移動させるための少なくとも１つの移動装置に接続されていることは好ましい。このことは、物体同士が接触しかつ物体上の万が一の堆積物が除去されるように、リテーニング装置従ってまた該リテーニング装置に接触している物体を移動させることができることを可能にする。

移動装置は、例えば、反応容器の縦軸に沿って延びている１つまたは複数のロッドを有することができる。

リテーニング装置が往復動可能であるように、リテーニング装置がモータに接続されていることは好ましい。往復動は、物体から不純物を除去し、気泡の除去をもたらす。それ故に、発生しているガスの放出が促進される。

物体の特に効率的な運動が得られるのは、互いに別々に自動的に、特に反応容器の縦軸に沿って往復動可能である複数のリテーニング装置が設けられている場合である。

反応容器が、底部側で、プラスチック投入装置を有するとき、特にこのとき、プラスチック材料の粘度は、粘度（粘液性）が上方に向かって減少するように、変化する。しかしながら、物体による実質的に同一の減速効果が達成されるように、好ましい実施の形態では、物体の平均的な半径が、高さの増加につれて減少することが意図される。物体の半径は、体積が同じの理想的な球体の半径を意味する。物体がすべて同一の半径を有しているわけではないときは、このような半径は、常に、半径の分布（Versteifung）の平均を意味する。

プラスチック材料が少なくとも主に２３℃で硬化するポリオレフィンからなることは有利である。しかしまた、ハロゲンを含まない他のプラスチックを使用することも可能である。しかしながら、限定的なパーセントの、例えば１０重量％未満のハロゲン含有のプラスチックを用いることも可能である。

本発明に係わる方法を実施するための本発明に係わる反応器を示す。

以下、添付した図面を参照して、本発明を詳述する。図１は、プラスチック材料１２、特にポリオレフィン重合体をガス化するための本発明に係わる反応器１０を示す。反応器は、押出機１６を介して反応容器１４に導入されるプラスチック材料１２を加熱するための、例えば実質的にシリンダ状の反応容器１４を有する。

反応器１０は、誘導ヒータの形態のヒータ１８を有する。該ヒータは、反応容器１４の内部空間２２に交番磁界を発生させる複数のコイル２０．１，２０．２，．．．２０．５を有する。コイル２０（数値の少数部を除いた参照符号は物自体を表わす）は、交流電流をコイルに印加する図示しない給電ユニットに接続されている。交流電流の周波数は、例えば２５ないし５０ｋＨｚの範囲にある。より高い周波数も可能であるが、いわゆる表皮効果の増加をもたらす。このことは望ましくない。

反応容器１４の内部空間２２には、反応容器１４における液化したプラスチック材料１２の流れを緩慢にするために用いる減速装置２４が設けられている。減速装置２４は、内部空間２２内で可動に設けられた複数の物体２５．１，２５．２，．．．を有する。これらの物体は、この場合には、鋼の球体によって形成されている。物体２５は、自らの強磁性体特性の故に、誘電ヒータ１８によって加熱され、従って、反応容器１４内にある溶融金属２６を加熱する。

溶融金属２６は、高々Ｔ_{Ｓｃｈｍｅｌｚ}＝３００℃の融点を有し、かつ、液面Ｈ_{ｆｕｅｌｌ}まで、反応容器１４に注入されている。溶融金属は、プラスチック材料と共に、物体２５の中間空間を充填する。例えば、溶融金属はウッドメタル、リポウィツ合金、ニュートン合金、リヒテンベルク合金および／またはガリウムおよびインジウムを含む合金からなる。溶融金属２６は、通常、１立方センチ当たり９グラムを越える密 度を有する。それ故に、プラスチック材料１２は、強い浮力を受ける。この浮力によって、プラスチック材料１２は加速される。物体２５は、この加速を妨げる。

反応容器１４内の温度Ｔにより、プラスチック材料１２は、順次分解し、かつ、上昇する気泡２８を形成する。溶融金属２６は、反応器１０は熱触媒式の解重合反応器であってもよいように、分解過程への触媒作用を有することができる。押出機１６によって反応器に供給されたプラスチック材料は、好ましくは反応容器１４の底部に設けられている入口開口部３０を通って、内部空間２２に達する。特に、プラスチック材料はポリオレフィンである。

減速装置２４は、リテーニング装置３２．１，３２．２を有する。該リテーニング装置は、この場合、フレーム３４．１，３４．２内で緊張したグリッドを有し、該グリッドの網目は、物体２５が上に抜け出ることができないほどに、小さい。リテーニング装置３２．２は移動装置３６に接続されており、該移動装置は、反応容器１４の縦軸Ｌに沿って延びている複数のバー３８を有する。これらのバーは、反応容器１４の上面に位置していてもよい図示しない偏心モータに取り付けられている。この場合、バー３８は、ベローズを介して、反応容器１４に接続されている。これらの図示しない偏心モータによって、ロッド３６は上下に移動される。それ故に、リテーニング装置３２も上下に往復動可能である。

物体２５の、この場合では球体の分布は、図１に単に略示されている。これらの物体は、自らの浮力の故に、夫々上方に位置しているリテーニング装置３２に密接しており、任意の或るリテーニング装置の直ぐ上方では、球体の密度が、リテーニング装置の下方より遥かに小さい。更に、図１では、物体２５は、一定の半径Ｒで描かれている。しかし、半径Ｒが、上方に向かって減少することは有利である。

反応容器１４は、内部空間２２に向いた側で、強磁性体材料、例えば鉄または磁性綱で構成されている。誘導ヒータ１８は、温度勾配が生じ、温度が、高さの増加につれて上昇するように、形成されている。反応容器１４の下端では、温度は通常約Ｔ＝３００℃であり、これに対し、上方領域では、約Ｔ＝４５０℃である。

反応器１０は、反応容器１４の上端に設けられている汚れ排出手段４０を有する。プラスチック材料の典型的な不純物、例えば砂は、金属浴より軽いので、不純物は上に浮いており、上方で除去されることができる。反応器１０は、更に、ガス除去手段４２を有する。ガス除去手段は、凝縮器４４に通じており、かつ、発生するガスを除去する。凝縮器４４から出る液体材料がコレクタ４６に達する。

１０ 反応器
１２ プラスチック材料
１４ 反応容器
１６ 押出機
１８ ヒータ
２０ コイル
２２ 内部空間
２４ 減速装置
２５ 物体
２６ 溶融金属
２８ 気泡
３０ 入口開口部
３２ リテーニング装置
３４ フレーム
３６ 移動装置
３８ バー
４０ 汚れ除去手段
４２ ガス除去手段
４４ 凝縮器
４６ コレクタ
Ｔ_{Ｓｃｈｍｅｌｚ} 溶融温度
Ｔ 温度
Ｌ 縦軸
Ｒ 球体半径
Ｈ_{ｆｕｅｌｌ} 液面

Claims (10)

1. プラスチック材料（１２）をガス化および／または洗浄、特に解重合するための反応器であって、
   （ａ）前記プラスチック材料（１２）を受け入れるための反応容器（１４）と、
   （ｂ）該反応容器（１４）内で前記プラスチック材料（１２）を加熱するためのヒータ（１８）と、を具備し、
   （ｃ）前記反応容器には、少なくとも部分的に、溶融金属（２６）が充填されていてなる反応器において、
   （ｄ）前記反応容器（１４）の内部空間（２２）に設けられている、前記反応容器（１４）における液化したプラスチック材料（１２）の流れを緩慢にするための減速装置（２４，３２）を具備し、
   ｅ）前記減速装置（２４，３２）は、前記内部空間（２２）に可動に設けられた複数の物体（２５）を有することを特徴とする反応器。
2. 前記物体（２５）は強磁性体材料からなることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
3. 前記減速装置（２４）は、前記液化したプラスチック材料（１２）を蛇行路へ押しやるように、形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の反応器。
4. 前記ヒータ（１８）は誘導ヒータ（１８）であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の反応器。
5. 前記物体（２５）、特に球体の浮上を阻止するための少なくとも１つのリテーニング装置（３２）を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の反応器。
6. 前記少なくとも１つのリテーニング装置（３２）は、該リテーニング装置（３２）を上下に移動させるための少なくとも１つの移動装置（３６）に接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の反応器。
7. 前記リテーニング装置（３２）は、該リテーニング装置（３２）が特に前記反応容器（１４）の縦軸（Ｌ）に沿って往復動可能であるように、モータに接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の反応器。
8. 特に前記反応容器（１４）の縦軸（Ｌ）に沿って互いに別々に自動的に往復動可能である複数のリテーニング装置（３２）を有することを特徴とする請求項１ないし７にいずれか１項に記載の反応器。
9. プラスチック材料（１２）を少なくとも部分的に分解、特に解重合および／または洗浄するための方法において、
   以下の工程、すなわち、
   （ａ）前記プラスチック材料（１２）を、少なくとも部分的に溶融金属（２６）が充填されている反応容器（１４）に導入すること、
   （ｂ）前記プラスチック材料（１２）をヒータ（１８）によって加熱すること、および、
   （ｃ）前記内部空間（２２）に可動に設けられた複数の物体（２５）有し、かつ前記反応容器（１４）の内部空間（２２）に設けられている減速装置（２４、３２）によって、前記反応容器（１４）における液化プラスチック材料（１２）の流れを緩慢にすること、
   を有することを特徴とする方法。
10. 前記反応容器（１４）の反応容器体積における、前記物体（２５）によって占有された体積の割合が、前記溶融金属（２６）の液面まで、少なくとも１５％であることを特徴とする請求項９に記載の方法。

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