プラスチックの熱分解生成物とは？オイル、ガス、残渣組成のガイド

プラスチックの熱分解は、プラスチック廃棄物を熱分解油、熱分解ガス、熱分解残渣の3つの主要生成物に分解する熱化学プロセスである。これらの生成物の組成は、プラスチックの種類と熱分解条件によって異なる。熱分解油は、酸素を含む化学物質、ポリマー、水を含む有機化合物の複雑な混合物である。熱分解ガスはメタンや水素などの非凝縮性ガスからなり、残渣には主にカーボンブラックと灰分が含まれる。プラスチック廃棄物に水分が含まれている場合は、廃水が発生することもある。収率は通常、オイル30～80％、カーボンブラック20～30％、ガス10～20％。

キーポイントの説明

熱分解油の組成
- 熱分解油はプラスチック熱分解の主要な液体生成物で、生産量の30～80％を占める。
- 酸素を含む有機化合物、ポリマー、水の複雑な混合物である。
- オイルは最大40重量％の酸素を含み、さまざまな化学物質を含む：
  - ホルムアルデヒドや酢酸のような低分子化合物。
  - フェノール、アンヒドロ糖、オリゴ糖などの高分子化合物。
- オイルの組成は、プラスチック原料の種類と熱分解温度に依存する。
熱分解ガスの組成
- 熱分解ガスは製品収量の10～20％を占める。
- これは、以下のような非凝縮性ガスからなる：
  - メタン（CH₄）やエチレン（C₂H₄）のような軽質炭化水素。
  - 水素（H₂）および一酸化炭素（CO）。
- これらのガスは、熱分解プロセスの燃料源として、または外部エネルギー生成のために使用することができる。
熱分解残渣の組成
- 固形残渣（チャー）は、熱分解生成物の20～30％を占める。
- これは主にカーボンブラックから成り、ゴム製造やインク製造などの産業で使用される貴重な材料である。
- 残渣には、プラスチック廃棄物の無機成分である灰分が含まれることもある。
廃水の発生
- プラスチック廃棄物に水分が含まれている場合、熱分解の際に廃水が発生することがある。
- この廃水には一般的に溶存有機化合物が含まれており、廃棄や再利用の前に適切な処理が必要である。
製品組成に影響を与える要因
- 熱分解製品の組成は、いくつかの要因に影響される：
  - プラスチックの種類:プラスチックの種類（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなど）によって、オイル、ガス、残渣の割合が異なる。
  - 熱分解温度:温度が高いほどガスの生産量が多く、オイルの生産量が少なくなる傾向があり、温度が低いほどオイルの生産量が多くなる傾向がある。
  - リアクターの設計:熱分解反応器と凝縮器の設計は、製品の分離と品質に影響する。
熱分解製品の用途
- 熱分解油:燃料油に精製することも、化学製品の原料として使用することもできる。
- 熱分解ガス:暖房や発電の燃料として使用される。
- カーボンブラック:ゴム製品、インク、塗料に使用。
- 廃水:廃棄または再利用の前に汚染物質を除去する処理が必要。
熱分解プラントの構成要素
- 典型的な熱分解プラントには以下が含まれる：
  - プラスチックを熱分解するリアクター（バッチプロセスの場合はレトルト）。
  - 液体と気体の生成物を分離するコンデンサー。
  - プロセスに熱を供給するエネルギーモジュール（炉）。
- 固体残渣の生産のみを目的とする場合は、コンデンサーを省き、代わりに蒸気とガスの混合物を炉で燃焼させる設計もある。

プラスチック熱分解製品の組成を理解することで、購入者とオペレーターは、燃料生産、化学原料、材料回収などの特定の用途向けにプロセスを最適化することができる。製品組成のばらつきは、熱分解プロセスをプラスチック廃棄物の種類や希望する最終製品に合わせて調整することの重要性を浮き彫りにしている。

総括表

製品	組成	収率(%)	用途
熱分解油	酸素含有有機化合物、ポリマー、水	30-80	燃料油、化学原料
熱分解ガス	メタン、エチレン、水素、一酸化炭素	10-20	暖房用燃料、発電用燃料
熱分解残渣	カーボンブラック、灰分	20-30	ゴム製造、インク、コーティング
廃水	溶存有機化合物（プラスチックが水分を含む場合）	-	廃棄/再利用のための処理が必要