本質的に、廃プラスチックから得られる熱分解油は、化学的に原油と類似していますが、独自の特性を持つ複雑な液状炭化水素混合物です。その組成は主に芳香族化合物と脂肪族化合物の混合物であり、他の化学物質の正確な比率や存在は大きく変動します。この変動性が、その利用における中心的な課題であり、機会でもあります。
最も重要な点は、プラスチック熱分解油には単一の固定された組成が存在しないということです。その化学的構成は、原料に含まれるプラスチックの種類と、熱分解プロセスの正確な条件という2つの重要な変数の直接的な反映です。
化学プロファイルの分解
熱分解油の価値と課題を理解するためには、まずその主要な構成要素を分解する必要があります。この液体は、酸素のない環境下で長いポリマー鎖が熱分解することによって形成される合成原油です。
芳香族の優勢
芳香族炭化水素とは、1つ以上のベンゼン環を含む化合物です。トルエン、キシレン、ナフタレンなどを思い浮かべてください。
熱分解油中のそれらの高濃度は、プロセス中のプラスチック分子の激しい熱分解とそれに続く再結合の結果です。高い芳香族含有量は、油の密度、粘度、燃焼特性に影響を与えます。
脂肪族の役割
脂肪族炭化水素は、ベンゼン環を持たない直鎖状、分岐鎖状、または環状の化合物で、パラフィンやオレフィンが含まれます。これらは、従来のディーゼルやガソリンに含まれる成分により近いです。
これらの化合物の存在は、多くの場合、入力プラスチック（ポリエチレンやポリプロピレンなど）の元の構造に直接関連しており、それらは基本的に長い脂肪族鎖です。
その他の重要な化合物
これら2つの主要なグループ以外にも、通常は不純物として他の化合物が存在します。これらには、PETのようなプラスチックからの酸素化化合物や、PVCからの塩素化化合物が含まれることがあります。これらの物質は、適切に管理されない場合、腐食や環境問題を引き起こす可能性があるため、特定することが重要です。
組成に影響を与える主要因
油の最終的な化学組成は偶然のものではありません。それは、意図的な操作上の選択と、処理されている原材料の性質によって決定されます。
原料プラスチック
これは最も重要な要因です。異なるプラスチックは異なる化学的構成要素から作られており、その分解生成物もそれを反映しています。
ポリエチレン（PE）やポリプロピレン（PP）のようなプラスチックは、脂肪族化合物が豊富な油を生成します。対照的に、ポリスチレン（PS）は、その基本モノマーであるスチレンを含む、非常に高濃度の芳香族を含む油を生成します。
熱分解プロセスの条件
加熱方法は、ポリマー鎖がどのように分解するかを決定します。主要なパラメータには以下が含まれます。
- 温度： 温度が高いほど、多くの場合、より多くの分解（クラッキング）が発生し、より軽い炭化水素とより多くのガスが生成されます。
- 加熱速度： 速い熱分解（急速加熱）は、液体油の収率を最大化する傾向があります。
- 滞留時間： 材料が高温にさらされる時間により、二次分解反応の程度が影響を受けます。
トレードオフと不純物の理解
熱分解は強力なリサイクルソリューションを提供しますが、その生成物は完璧で、すぐに使用できる製品ではありません。その限界を理解することは、成功裏に実施するために不可欠です。
汚染物質の課題
使用済み包装材や都市固形廃棄物などの混合プラスチック廃棄物を使用すると、大きな課題が生じます。
PVCプラスチックの存在は大きな懸念事項であり、プロセス中に腐食性の高い塩化水素（HCl）を生成する塩素を放出する可能性があるためです。同様に、PETは油に酸素を導入し、その安定性とエネルギー価値を低下させます。
一貫性の欠如とアップグレードの必要性
プラスチック廃棄物ストリームの変動性により、生成される油の組成はバッチごとに変化する可能性があります。
この一貫性の欠如は、熱分解油が燃料または化学原料として使用される前に、大幅な後処理またはアップグレード（汚染物質を除去するための水素化処理や、有用な留分に分離するための蒸留など）をほぼ常に必要とすることを意味します。
目的のための適切な選択
「最良の」熱分解油の組成は、意図された用途に完全に依存します。運用戦略は、最終目標に合わせて調整する必要があります。
- 安定した燃料油の生成が主な焦点である場合： アップグレードを最小限に抑える油を生成するために、PVCやPETの少ないクリーンな原料を優先する必要があります。
- 化学的循環性が主な焦点である場合： 特定の価値の高い化学モノマーを回収するために、選別された単一ストリームのプラスチック（ポリスチレンやポリエチレンなど）を使用する必要があります。
- 混合都市廃棄物の管理が主な焦点である場合： 低品質の油を受け入れ、商業的に実行可能な製品を生成するために、堅牢なアップグレードおよび精製システムに投資する必要があります。
最終的に、入力プラスチック、プロセス条件、および出力組成の関係を習得することが、ケミカルリサイクルの真の可能性を解き放つ鍵となります。
要約表：
| 成分 | 説明 | 油への影響 |
|---|---|---|
| 芳香族炭化水素 | ベンゼン環を持つ化合物（例：トルエン、スチレン）。 | 高密度、高粘度。PSプラスチックから多く生成される。 |
| 脂肪族炭化水素 | 直鎖または分岐鎖（例：パラフィン、オレフィン）。 | ディーゼル/ガソリンに類似。PE/PPプラスチックから多く生成される。 |
| 不純物（酸素化物、塩化物） | PET（酸素）やPVC（塩素）などのプラスチック由来。 | 腐食や安定性の低下を引き起こす可能性があり、アップグレードが必要。 |
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