製品包装材の処理方法及び処理装置
【課題】 食品包装資材などの製品包装材から有価物を分離して回収することができる製品包装材の処理方法及び処理装置を提供する。
【解決手段】 無機有価物と有機有価物を成分として含む製品包装材に超臨界状態または亜臨界状態の流体を接触させ、有機有価物成分を分解し、該分解物中から気体状の有機有価物を分離して回収する工程と、分解後の残渣中から無機有価物を分離して回収する工程とを有する。
【解決手段】 無機有価物と有機有価物を成分として含む製品包装材に超臨界状態または亜臨界状態の流体を接触させ、有機有価物成分を分解し、該分解物中から気体状の有機有価物を分離して回収する工程と、分解後の残渣中から無機有価物を分離して回収する工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レトルト食品などの製品包装材に用いられるアルミニウム箔などの無機有価物を含有したラミネートフィルム廃棄物を再資源化処理するための製品包装材の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製品包装資材においてアルミ箔を含有したラミネートフィルム（パウチ）は、レトルト食品や洗剤用容器として広く使用されており、特に近年、排出される廃棄物の減容化を目的とした詰め替え用洗剤の普及により、その使用量は拡大している。これに伴いパウチ製造時に発生する切れ端（パウチ屑）など廃棄物の発生量も増大している。例えば図４に示すように、帯状のラミネートフィルム（パウチ）２０を所定ピッチ間隔ごとに切断してパウチシート２１を作製するが、このときパウチシート２１の四隅を切り落とすので多数のパウチ屑２２が発生する。これらはセメントメーカーなどにより産業廃棄物として引き取りがなされ、セメント原料として再利用処理がなされている。このような産業廃棄物処理を行う際の処理費用は廃棄物１トン当り２万円程度であると言われており、排出事業者に大きな負担となっている。
【０００３】
一方、パウチはアルミニウムと、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリアミド（ＰＡ）等のプラスチックから構成されており、アルミニウムの含有量は約１５質量％である。アルミニウムは、その原料となるボーキサイトが国内では産出されず、資源に乏しい我が国ではリサイクルの望まれる鉱物資源の１つであることから、資源の有効活用の観点からも問題を抱えている。
【０００４】
特許文献１は、超臨界流体を利用する技術ではあるが、それが適用される技術分野が本発明の属する技術分野とは異なるものである。
【特許文献１】特開２００１−７９５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、製品包装資材における無機有価物と含有有機物成分を環境負荷の小さい超臨界流体を用いて分離・回収し、それぞれを有効活用することにより、排出事業者の負担低減、天然資源の保全に寄与する製品包装材の処理方法および処理装置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】
本発明に係る製品包装資材の処理方法は、無機有価物と有機有価物を成分として含む製品包装材に超臨界状態または亜臨界状態の流体を接触させ、前記有機有価物成分を分解し、該分解物中から気体状の有機有価物を分離して回収する工程（ａ）と、前記分解後の残渣中から無機有価物を分離して回収する工程（ｂ）と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
本発明は、液体に近い密度を有し、有機溶媒に近い不揮発性溶解物質に対する溶解度を示すと同時に、気体に近い低粘性、高い溶質拡散性により有機溶媒より優れた物質移動・拡散特性を持つ超臨界流体を用いて、製品包装資材に含まれる無機有価物とポリプロピレン（ＰＰ）やポリアミド（ＰＡ）などの含有有機物成分を分離し、無機物は金属酸化物として、含有有機物成分は可燃ガスとして、それぞれを有価物として再資源化するものである。
【０００８】
上記工程（ａ）において、超臨界状態または亜臨界状態の流体が、二酸化炭素、メタノール、エタノールおよび水からなる群より選ばれる１つ又は２つ以上であることが望ましい。特に、流体には水が適しており、超臨界水または亜臨界水を用いて製品包装材中の有機有価物成分を加水分解して、有機有価物を効率良く分離回収することができる。分離回収される有機有価物は、メタン、ブタン、エタン、プロパンおよび水素からなる群より選ばれる１つ又は２つ以上の可燃性ガスである。これらの可燃性ガスは、ガス精留塔の搭頂部から単体又は混合物として抜き取られ、回収されるものである。
【０００９】
超臨界状態または亜臨界状態の流体として超臨界水または亜臨界水を用い、該超臨界水または亜臨界水を製品包装材と接触させて加水分解することにより有機有価物成分を水に可溶化し、残渣として無機有価物を分離回収することができる。この場合に、加水分解時に、有機有価物成分の炭化を防止することを目的としてヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）を添加するか、またはデエアレーション処理するかいずれかの一方の処理を施した水を用いることが好ましい。
【００１０】
超臨界流体として超臨界水を用いる場合は、分解反応器の内部温度を２５０〜６００℃、好ましくは３７４〜４７４℃の範囲とし、内圧を１０〜３０ＭＰａ、好ましくは２２．１２〜３０ＭＰａの範囲とすることが好ましい。圧力条件は適正範囲であっても分解反応器の内部温度が２５０℃を下回るか、または温度条件は適正範囲であっても分解反応器の内圧が１０ＭＰａを下回ると、亜臨界状態にも達することができなくなり、有機有価物の分解反応そのものが成立しなくなるからである。一方、圧力条件は適正範囲であっても分解反応器の内部温度が６００℃を超えるか、または温度条件は適正範囲であっても分解反応器の内圧が３０ＭＰａを超えると、装置の安全性を確保する必要から装置が大型化し、高コストになって現実的ではなくなるからである。
【００１１】
有機有価物成分を分離した後に、温度３８０〜８００℃、圧力１０〜３０ＭＰａの条件下で、空気、酸素ガス、過酸化水素のうちのいずれかの酸化剤を添加した超臨界水条件下で処理することにより無機有価物を酸化し、無機酸化固形物として資源化可能な形態で回収することができる。圧力条件は適正範囲であっても温度が３８０℃を下回るか、または温度条件は適正範囲であっても圧力が１０ＭＰａを下回ると、無機有価物としてのアルミニウム（Ａｌ）の酸化反応が不十分になり、回収効率が低下するからである。一方、圧力条件は適正範囲であっても温度が８００℃を超えるか、または温度条件は適正範囲であっても圧力が３０ＭＰａを超えると、無機有価物としてのアルミニウム（Ａｌ）が蒸散してしまい、回収不能になるからである。
【００１２】
超臨界流体として水以外の他の流体を用いる場合は、超臨界または亜臨界の状態とするための適正温度の一例として、二酸化炭素で３１．１℃、メタノールで２３９．４３℃、エタノールで２４３．１℃、を挙げることができる。また、超臨界または亜臨界の状態とするための適正圧力の一例として、二酸化炭素で７３ａｔｍ、メタノールで７９．９ａｔｍ、エタノールで６３．１ａｔｍを挙げることができる。
【００１３】
本発明に係る製品包装資材の処理装置は、超臨界状態または亜臨界状態とされるべき流体を供給する供給源２と、処理対象物としての製品包装材を収容し、前記流体供給源から流体を受け入れて超臨界状態または亜臨界状態とし、前記製品包装材を超臨界状態または亜臨界状態の流体と反応させる分解反応器４と、前記分解反応器に酸化剤を供給する酸化剤供給源８と、前記流体供給源から前記分解反応器へ前記流体を圧送する第１の高圧ポンプＰ１と、前記酸化剤供給源から前記分解反応器へ前記流体を圧送する第２の高圧ポンプＰ２と、前記分解反応器の下流側に設けられ、前記分解反応器から送られてくる分解物を気体化するガス化塔５と、前記ガス化塔の下流側に設けられ、前記ガス化塔から送られてくる気液混合物中の有機有価物成分を精留し、資源化可能な形態のガス留分とするガス精留塔７と、前記ガス精留塔と前記ガス化塔との間に設けられた減圧弁Ｖ５と、前記分解反応器の下流側に設けられ、前記分解反応器から送られてくる分解物を気液分離する気液分離器１０と、前記分解反応器からのラインが前記気液分離器と前記ガス化塔とに分岐する分岐部に設けられた切換弁Ｖ４とを具備することを特徴とする。
【００１４】
分解反応器は、分解した製品包装材から有機有価物を分離したあとの残渣を酸化剤と反応させるためのバスケットを有するものである。バスケットは、流体供給源に連通する上部開口と、上部開口から導入された流体が通過できるように底部にて開口する多数の孔とを備えていることが好ましい。
【００１５】
ガス化塔は、内部に所定の触媒が充填され、分解反応器から送られてくる分解物を触媒と接触させて可燃性ガスに変換するものである。
【００１６】
ガス精留塔は、内部に所定のトレイおよびダウンカマーからなる多段の流路を有し、ガス化塔から送られてくる可燃性ガスを精留するものである。
【００１７】
気液分離器は、分解反応器内での残留物（残渣）と酸化剤との酸化分解反応の際に、付随的に生成される水（Ｈ2Ｏ）等の液体とＣＯ2等の気体とを分離するものである。
【００１８】
減圧弁は、分解反応器およびガス化塔の内部をそれぞれ大気圧程度まで減圧させ、流体の超臨界状態または亜臨界状態を解消するものである。
【００１９】
切換弁は、分解反応器の下流（出口）側において、ガス化塔／ガス精留塔ラインから気液分離器ラインへ切り換えるものである。切換弁の切換タイミングは、分解反応器内への酸化剤の供給開始時か、または酸化剤を供給して残留物（残渣）の酸化分解反応が進行し始めたときである。
【００２０】
さらに、流体供給源および酸化剤供給源と分解反応器との間に予熱器を設け、分解反応器に供給する直前に流体および酸化剤をそれぞれ予熱することができる。流体の予熱温度の一例として、水で約３７４℃、二酸化炭素で約３２℃、メタノールで約２４０℃、エタノールで約２４４℃とすることができる。
【００２１】
さらに、ガス化塔とガス精留塔との間に冷却器を設け、ガス化塔からガス精留塔に供給される気液混合物を冷却することができる。冷却温度は、室温程度まで温度降下させることが好ましいが、４００〜５００℃に温度上昇したガス化塔等を短時間で急速に冷却すると装置の寿命が著しく短くなること、および装置がスケールアップしたときには急速冷却すること自体が技術的に難しいので、５０℃以上１００℃以下を冷却の目安とする。
【００２２】
本明細書中において「超臨界流体」とは、物質の状態図で温度、圧力、エントロピー線図の臨界点を超え、気体、液体、固体の三態のいずれでもない状態にあるものをいうものと定義する。流体がＨ2Ｏである場合の超臨界点は、３７４℃／２２．１２ＭＰａ（技法堂出版「水熱科学ハンドブック」、あるいは岩波書店「理化学辞典第５版」）である。
【００２３】
また、本明細書中において「亜臨界状態の流体」又は「亜臨界流体」とは、超臨界状態を超えてはいないが、それに近い高温高圧状態であって、気体、液体、固体の三態から超臨界状態までの過渡的な遷移状態にある流体のことをいうものと定義する。流体がＨ2Ｏである場合に、水の飽和蒸気圧下では水のイオン積は３３０℃近辺に最大値を示し、この温度領域で水としての化学作用が極大を示すことが知られている。このように超臨界点以下の温度であっても超臨界水に近い状態に保たれたものを亜臨界状態の水または亜臨界水という。
【００２４】
超臨界流体として超臨界水を用いて、有機有価物成分としてのポリエチレン（融点１１４〜１３０℃）を加水分解するときの一連の反応式（１）〜（４）を次に示す。
【００２５】
（ＣＨ2＝ＣＨ2）＋Ｈ2Ｏ（超臨界水）→ＣＨ4＋ＣＯ＋Ｈ2 …（１）
（ＣＨ2＝ＣＨ（ＣＨ3））＋Ｈ2Ｏ（超臨界水）→２ＣＨ4＋ＣＯ＋Ｈ2 …（２）
ＣＯ＋３Ｈ2→ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ …（３）
（ＣＨ2＝ＣＨ2）＋（ＣＨ2＝ＣＨ（ＣＨ3））＋Ｈ2Ｏ→ＣＨ4＋ＣＯ＋Ｈ2 …（４）
製品包装材を超臨界水と接触させると、ポリエチレンが超臨界水へ可溶化し、可燃ガスと残渣とに分離される。次いで、酸化剤を導入して残渣中の無機有価物（アルミニウム）を酸化させ、金属酸化物を得る。得られた金属酸化物は純度９９％以上の高純度アルミナであり、リサイクル資源として極めて価値の高いものとなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、製品包装資材を超臨界流体場にさらすことにより、有機有価物成分が流体へ可溶化し、無機有価物である金属酸化物と、可燃ガスに分離され、それぞれ有価物として再資源化されることにより、製品包装資材廃棄物排出事業者の廃棄物処理に要する経費負担を軽減するとともに、天然資源の有効活用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
先ず図１を参照して製品包装材としてのパウチ屑を処理するための処理装置について説明する。処理装置１は、流体供給源としての給水タンク２、予熱器３、分解反応器としての加水分解／金属酸化物合成槽４、ガス化塔５、冷却器６、ガス精留塔７、酸化剤供給源としての酸化剤充填タンク８、冷却器９および気液分離器１０などを備えたセミバッチシステムとして構築されている。図１には説明の便宜上から分解反応器４を１つのみ示したが、実際には３つの分解反応器４を並べて全体として連続的な処理としている。例えば、第１の分解反応器４が昇温・昇圧しているときに、同時に第２の分解反応器４は脱圧・冷却され、第３の分解反応器４は分解・ガス化工程に入っており（ターム１）、第１の分解反応器４が分解・ガス化工程に入っているときに、同時に第２の分解反応器４は昇温・昇圧され、第３の分解反応器４は脱圧・冷却工程に入っており（ターム２）、第１の分解反応器４が脱圧・冷却しているときに、同時に第２の分解反応器４は分解・ガス化し、第３の分解反応器４は昇温・昇圧している（ターム３）。このように３つの分解反応器４を並べて処理サイクルを少しずつシフトさせて並行処理することにより全体として連続的な処理としている。なお、本発明のセミバッチ方式の処理装置１は、各所に種々の温度計、圧力計、流量センサ、監視ＴＶモニタを備えており、これらの検出や監視情報に基づいて図示しないコントローラによって制御されるようになっている。
【００２８】
給水タンク２から予熱器３までの間にラインＬ１が設けられ、予熱器３から分解反応器４までの間にラインＬ３が設けられている。上流側のラインＬ１には上流側から順に開閉弁Ｖ１、第１の高圧ポンプＰ１、逆流防止弁Ｖ２が取り付けられている。下流側のラインＬ３には逆流防止弁Ｖ３が取り付けられている。これらのラインＬ１，Ｌ３を通って給水タンク２から予熱器３を経由して分解反応器４内のバスケット４２に高温高圧の水が供給されるようになっている。第１の高圧ポンプＰ１は、最大３０ＭＰａの圧力で水を圧送することができる能力を備えたダイヤフラム式ポンプを用いることができる。予熱器３は、分解反応器４に供給する直前に流体および酸化剤をそれぞれ予熱するものである。予熱器３は、誘導加熱方式であり、最高温度６００℃まで水を加熱することができる能力を備えている。
【００２９】
酸化剤充填タンク８からのラインＬ２が給水ラインＬ１の適所に合流している。酸化剤供給ラインＬ２には上流側から順に開閉弁Ｖ６、第２の高圧ポンプＰ３、逆流防止弁Ｖ７が取り付けられている。この酸化剤供給ラインＬ２を通って酸化剤としての酸素ガスが分解反応器４内に導入されるようになっている。なお、酸化剤として過酸化水素を酸素ガスに添加したものを用いるようにすると、アルミニウムの酸化反応が促進されてより短時間の処理が実現されるようになるので好ましい。第２の高圧ポンプＰ３は、ダイヤフラム式ポンプまたはコンプレッサーを用いることができ、最高圧力２００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で酸素ガスを圧送することができる能力を備えている。なお、酸化剤供給ラインＬ２と給水ラインＬ１との合流点には安全弁ＳＶおよび切換弁（図示せず）が設けられている。
【００３０】
分解反応器４は、内部に製品包装材を保持するためのバスケット４２を備え、外周を水冷ジャケット４４で取り囲まれている。バスケット４２などを含む内部構造の詳細は後述する。水冷ジャケット４４は図示しない循環流路を介して冷却水供給源および熱交換器と連通している。分解反応器４の蓋を貫通して流体／酸化剤供給ラインＬ３、安全弁ラインＬ４および排出ラインＬ５がそれぞれ内部に連通している。
【００３１】
排出ラインＬ５は切換弁Ｖ４を介してガス化塔５に連通している。ガス化塔５は、内部に所定の触媒が充填され、分解反応器４から送られてくる分解物を触媒と接触させてメタンやエチレン等の可燃性ガスに変換するものである。ガス化塔５の塔頂部はラインＬ７を介してガス精留塔７に連通している。搭頂ラインＬ７には上流側から順に減圧弁Ｖ５および冷却器６が取り付けられている。減圧弁Ｖ５は、分解反応器４およびガス化塔５の内部をそれぞれ大気圧程度まで減圧させ、これらの内部に存在する流体の超臨界状態または亜臨界状態を解消するものであり、図示しないコントローラによって動作が制御されるようになっている。冷却器６は、ガス化塔５から送られてくる高温ガス（３００〜５００℃）を１００℃以下（好ましくは５０℃程度）に冷却するものである。
【００３２】
ラインＬ７はガス精留塔７のほぼ中央に連通し、内部で精留された軽質分が塔頂部へ上昇し、重質分が塔底部へ下降するようになっている。ガス精留塔７は、内部に所定のトレイおよびダウンカマーからなる多段の流路および充填物を有し、ガス化塔５から送られてくるメタン等の可燃性ガスを精留して純度を向上させるものである。ガス精留塔７の搭頂部からはガス留分回収ラインＬ８が延び出し、塔底部からは処理水回収ラインＬ９が延び出し、それぞれ所定の回収／再利用システム（図示せず）に連通している。
【００３３】
切換弁Ｖ４は、分解反応器４の下流（出口）側において、ガス化塔／ガス精留塔ラインＬ７から気液分離ラインＬ１０へ切り換えるものである。切換弁Ｖ４の動作は図示しないコントローラによって制御されるようになっている。切換弁Ｖ４の切換タイミングは、分解反応器４内への酸化剤の供給開始時か、または酸化剤を供給して残留物（残渣）の酸化分解反応が進行し始めたときである。
【００３４】
気液分離ラインＬ１０には圧力制御弁Ｖ８および冷却器９が取り付けられている。冷却器９は、気液分離器１０から送られてくる気液混合物（３００〜５００℃）を１００℃以下（好ましくは５０℃程度）に冷却するものである。
【００３５】
気液分離器ラインＬ１０は気液分離器１０のほぼ中央に連通している。気液分離器１０は、分解反応器４内での残留物（残渣）と酸化剤との酸化分解反応の際に、付随的に生成される水（Ｈ2Ｏ）等の液体とＣＯ2等の気体とを分離するものである。気液分離器１０の搭頂部からはＣＯ2ガス回収ラインＬ１１が延び出し、塔底部からは処理水回収ラインＬ１２が延び出し、それぞれ所定の回収／再利用システム（図示せず）に連通している。
【００３６】
次に、図２と図３を参照して分解反応器４について詳しく説明する。
【００３７】
分解反応器４は、図２に示すように、処理対象となるパウチ屑２２を保持するための円筒又は角筒形状のハステロイ合金製のバスケット４２を備えている。バスケット４２は内筒（ライナー）４６のなかに納められ、内筒（ライナー）４６はヒータ４５によって周囲を取り囲まれ、さらにヒータ４５は絶縁体（図示せず）を介して水冷ジャケット４４によって周囲を取り囲まれている。バスケット４２の上部には供給ラインＬ３および安全弁ラインＬ４が連通し、内筒４６の上部には排出ラインＬ５が連通している。
【００３８】
図３に示すように、バスケット４２の内筒４６は、本体４６ａと上部４６ｂとをボルト４６ｃとナット４６ｄで締め付けて一体に組立てられている。パウチ屑２２をバスケット４２内に装入するときや無機有価物のアルミナをバスケット４２から取り出すときは、ボルト４６ｃとナット４６ｄを緩めて上部４６ｂを本体４６ａから取り外す。なお、ラインＬ３〜Ｌ５の配管の一部は耐熱性フレキシブルチューブでできている。
【００３９】
バスケット４２の上部フランジ４２ａには突起環４２ｄが形成され、この突起環４２ｄが内筒上部４６ｂの凹所に嵌まり込むようになっている。また、上部フランジ４２ａが内筒上部４６ｂと当接する面には環状溝が形成され、シール材としてＯリング４３が環状溝内に設けられている。
【００４０】
バスケット４２は、上部開口から導入された流体（水）が通り抜けられるように底部４２ｂにて開口する多数の孔４２ｃを備えている。流体（水）は、例えば３００℃に予熱された状態でラインＬ３を通ってバスケット４２内に導入され、さらに昇温・昇圧されて超臨界状態または亜臨界状態とされ、バスケット４２内のパウチ屑２２の隙間を下降し、底部の孔４２ｃを通ってバスケット４２から出て行き、さらにバスケット４２の外周に沿った流路４７を通って上昇し、排出ラインＬ５を通って分解反応器４から出て行くようになっている。
【００４１】
次に、本発明の処理装置を用いてパウチ屑を分解／酸化処理して有機及び無機の有価物をそれぞれ回収する場合について説明する。
【００４２】
超臨界流体となるべき流体に水を用いて、加水分解によりプラスチック成分を可溶化し、さらに酸化剤によりアルミニウムを酸化させることにより、プラスチックにより生成されるメタン、エタン、プロパン等の可燃性ガスとアルミナをそれぞれ回収する。処理に用いられる流体（水）は、給水タンク２から第１の高圧ポンプｐ１によって予熱器３へ送られ所定の温度、圧力に調整される。処理されるパウチ屑２２は加水分解／金属酸化物合成槽４に充填され、ヒータや蒸気等により所定温度に加熱される。予熱器３により加熱、加圧された流体は、加水分解槽４に送られ、槽内にて超臨界状態あるいは亜臨界状態の流体（水）とパウチ屑２２とが接触する。パウチ屑２２に含まれるプラスチック成分は超臨界あるいは亜臨界状態の流体（水）の作用により加水分解され、流体（水）に可溶化し、ガス化装置５へ送られる。ここで可燃ガスとなり、ガス精留塔７にて精製され、可燃ガスとして回収される。なお、過剰な流体は処理水として系外へ排出される。
【００４３】
所定時間の加水分解によりプラスチック成分を分離回収した後、ガス化塔５への流通を遮断し、アルミナ合成に必要な温度、圧力となるように予熱器３にて流体（水）を加熱、加圧、同時にアルミナ合成槽４も加熱する。所定条件に到達後、第１の高圧ポンプＰ１により合成槽４に超臨界流体（水）を送り込む。同時に酸化剤充填タンク８から第２の高圧ポンプＰ３により適量の酸素ガスを送り込む。合成槽４内では酸素共存下で超臨界流体（水）とパウチ屑２２が接触し、アルミニウムの酸化反応が起こり、アルミナが生成される。酸化反応により生成されるガスは残存プラスチックの燃焼によるＣＯ2であり、生成ガスは気液分離器７により流体（水）とＣＯ2に分離され系外へ排出される。
【００４４】
化１にパウチ屑に含まれるプラスチック成分の構造と融点を示す。パウチ屑に含まれるプラスチック類において融点はＰＥＴが最も高く、加水分解に要する温度はこの温度が基準となる。よって、最低２５０℃以上の亜臨界水から超臨界水までの範囲での処理が適当と言える。一般にセメント原料として処理する場合、その温度は１５００℃程度と高温であり、それより遙かに低い温度での処理が可能となる。
【化１】
【００４５】
また、本発明に係る処理方法は閉鎖系での処理であり、プラスチック成分燃焼時に発生するダイオキシン類など環境負荷の高い有害物質の排出が無く、環境への負荷が小さい処理方法である。
【００４６】
得られる可燃ガスは、発電などの燃料として利用が可能であり、また、アルミナは耐火物原料などとして広く活用される材料であり、資源を有効に活用できるとともに、廃棄物処理に要していた処理費用を低減することが可能であるという効果を得られる。
【００４７】
本発明によれば、食品包装資材などの製品包装材から有機有価物および無機有価物を分離してそれぞれ回収することができる。
【００４８】
本発明は、表１に示すように種々の技術分野に利用することが可能である。超臨界流体は、水のみに限られることなく、メタノールアルカリ溶液など他の流体を用いることができる。超臨界条件は、分解対象物と使用流体とに応じてその温度および圧力が表１に示すように種々変わる。
【００４９】
表２に、超臨界水中で種々の高分子を分解する場合を列挙した。例えば分解対象物がセルロースである場合は、エーテル結合が分解されてグルコースとオリゴ糖が生成される。このように様々の高分子を超臨界水中で分解することにより種々の有用物質を生成することができる。
【表１】
【００５０】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る製品包装材の処理装置の概要を示す全体構成ブロック図。
【図２】反応器の概要を示す内部透視断面図。
【図３】反応器の詳細を示す内部透視断面図。
【図４】製品包装材の角部の切り落しにより発生するパウチ屑を説明するための平面図。
【符号の説明】
【００５２】
１…処理装置、２…流体供給源（給水タンク）、３…予熱器、
４…分解反応器（加水分解／金属酸化物合成槽）、
４２…バスケット、４２ａ…フランジ、４２ｂ…底部、４２ｃ…孔、４２ｄ…突起環、
４３…シール材（Ｏリング）、４４…水冷ジャケット、
４５…ヒータ、４６…内筒（ライナー）、４６ａ…内筒本体、４６ｂ…内筒上部、
４６ｃ…ボルト、４６ｄ…ナット、４７…流路、
５…ガス化塔、６…冷却器、７…ガス精留塔、
８…酸化剤充填タンク（酸化剤供給源）、９…冷却器、１０…気液分離器、
２２…製品包装材（パウチ屑）、
Ｌ１〜Ｌ１２…ライン、
Ｐ１，Ｐ３…高圧ポンプ、
Ｖ１，Ｖ６…開閉弁、
Ｖ２，Ｖ３，Ｖ７…逆流停止弁、
Ｖ４…切換弁、
Ｖ５…減圧弁、
Ｖ８…圧力調整弁、
ＳＶ…安全弁、
ＰＧ…圧力計。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レトルト食品などの製品包装材に用いられるアルミニウム箔などの無機有価物を含有したラミネートフィルム廃棄物を再資源化処理するための製品包装材の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製品包装資材においてアルミ箔を含有したラミネートフィルム（パウチ）は、レトルト食品や洗剤用容器として広く使用されており、特に近年、排出される廃棄物の減容化を目的とした詰め替え用洗剤の普及により、その使用量は拡大している。これに伴いパウチ製造時に発生する切れ端（パウチ屑）など廃棄物の発生量も増大している。例えば図４に示すように、帯状のラミネートフィルム（パウチ）２０を所定ピッチ間隔ごとに切断してパウチシート２１を作製するが、このときパウチシート２１の四隅を切り落とすので多数のパウチ屑２２が発生する。これらはセメントメーカーなどにより産業廃棄物として引き取りがなされ、セメント原料として再利用処理がなされている。このような産業廃棄物処理を行う際の処理費用は廃棄物１トン当り２万円程度であると言われており、排出事業者に大きな負担となっている。
【０００３】
一方、パウチはアルミニウムと、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリアミド（ＰＡ）等のプラスチックから構成されており、アルミニウムの含有量は約１５質量％である。アルミニウムは、その原料となるボーキサイトが国内では産出されず、資源に乏しい我が国ではリサイクルの望まれる鉱物資源の１つであることから、資源の有効活用の観点からも問題を抱えている。
【０００４】
特許文献１は、超臨界流体を利用する技術ではあるが、それが適用される技術分野が本発明の属する技術分野とは異なるものである。
【特許文献１】特開２００１−７９５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、製品包装資材における無機有価物と含有有機物成分を環境負荷の小さい超臨界流体を用いて分離・回収し、それぞれを有効活用することにより、排出事業者の負担低減、天然資源の保全に寄与する製品包装材の処理方法および処理装置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】
本発明に係る製品包装資材の処理方法は、無機有価物と有機有価物を成分として含む製品包装材に超臨界状態または亜臨界状態の流体を接触させ、前記有機有価物成分を分解し、該分解物中から気体状の有機有価物を分離して回収する工程（ａ）と、前記分解後の残渣中から無機有価物を分離して回収する工程（ｂ）と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
本発明は、液体に近い密度を有し、有機溶媒に近い不揮発性溶解物質に対する溶解度を示すと同時に、気体に近い低粘性、高い溶質拡散性により有機溶媒より優れた物質移動・拡散特性を持つ超臨界流体を用いて、製品包装資材に含まれる無機有価物とポリプロピレン（ＰＰ）やポリアミド（ＰＡ）などの含有有機物成分を分離し、無機物は金属酸化物として、含有有機物成分は可燃ガスとして、それぞれを有価物として再資源化するものである。
【０００８】
上記工程（ａ）において、超臨界状態または亜臨界状態の流体が、二酸化炭素、メタノール、エタノールおよび水からなる群より選ばれる１つ又は２つ以上であることが望ましい。特に、流体には水が適しており、超臨界水または亜臨界水を用いて製品包装材中の有機有価物成分を加水分解して、有機有価物を効率良く分離回収することができる。分離回収される有機有価物は、メタン、ブタン、エタン、プロパンおよび水素からなる群より選ばれる１つ又は２つ以上の可燃性ガスである。これらの可燃性ガスは、ガス精留塔の搭頂部から単体又は混合物として抜き取られ、回収されるものである。
【０００９】
超臨界状態または亜臨界状態の流体として超臨界水または亜臨界水を用い、該超臨界水または亜臨界水を製品包装材と接触させて加水分解することにより有機有価物成分を水に可溶化し、残渣として無機有価物を分離回収することができる。この場合に、加水分解時に、有機有価物成分の炭化を防止することを目的としてヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）を添加するか、またはデエアレーション処理するかいずれかの一方の処理を施した水を用いることが好ましい。
【００１０】
超臨界流体として超臨界水を用いる場合は、分解反応器の内部温度を２５０〜６００℃、好ましくは３７４〜４７４℃の範囲とし、内圧を１０〜３０ＭＰａ、好ましくは２２．１２〜３０ＭＰａの範囲とすることが好ましい。圧力条件は適正範囲であっても分解反応器の内部温度が２５０℃を下回るか、または温度条件は適正範囲であっても分解反応器の内圧が１０ＭＰａを下回ると、亜臨界状態にも達することができなくなり、有機有価物の分解反応そのものが成立しなくなるからである。一方、圧力条件は適正範囲であっても分解反応器の内部温度が６００℃を超えるか、または温度条件は適正範囲であっても分解反応器の内圧が３０ＭＰａを超えると、装置の安全性を確保する必要から装置が大型化し、高コストになって現実的ではなくなるからである。
【００１１】
有機有価物成分を分離した後に、温度３８０〜８００℃、圧力１０〜３０ＭＰａの条件下で、空気、酸素ガス、過酸化水素のうちのいずれかの酸化剤を添加した超臨界水条件下で処理することにより無機有価物を酸化し、無機酸化固形物として資源化可能な形態で回収することができる。圧力条件は適正範囲であっても温度が３８０℃を下回るか、または温度条件は適正範囲であっても圧力が１０ＭＰａを下回ると、無機有価物としてのアルミニウム（Ａｌ）の酸化反応が不十分になり、回収効率が低下するからである。一方、圧力条件は適正範囲であっても温度が８００℃を超えるか、または温度条件は適正範囲であっても圧力が３０ＭＰａを超えると、無機有価物としてのアルミニウム（Ａｌ）が蒸散してしまい、回収不能になるからである。
【００１２】
超臨界流体として水以外の他の流体を用いる場合は、超臨界または亜臨界の状態とするための適正温度の一例として、二酸化炭素で３１．１℃、メタノールで２３９．４３℃、エタノールで２４３．１℃、を挙げることができる。また、超臨界または亜臨界の状態とするための適正圧力の一例として、二酸化炭素で７３ａｔｍ、メタノールで７９．９ａｔｍ、エタノールで６３．１ａｔｍを挙げることができる。
【００１３】
本発明に係る製品包装資材の処理装置は、超臨界状態または亜臨界状態とされるべき流体を供給する供給源２と、処理対象物としての製品包装材を収容し、前記流体供給源から流体を受け入れて超臨界状態または亜臨界状態とし、前記製品包装材を超臨界状態または亜臨界状態の流体と反応させる分解反応器４と、前記分解反応器に酸化剤を供給する酸化剤供給源８と、前記流体供給源から前記分解反応器へ前記流体を圧送する第１の高圧ポンプＰ１と、前記酸化剤供給源から前記分解反応器へ前記流体を圧送する第２の高圧ポンプＰ２と、前記分解反応器の下流側に設けられ、前記分解反応器から送られてくる分解物を気体化するガス化塔５と、前記ガス化塔の下流側に設けられ、前記ガス化塔から送られてくる気液混合物中の有機有価物成分を精留し、資源化可能な形態のガス留分とするガス精留塔７と、前記ガス精留塔と前記ガス化塔との間に設けられた減圧弁Ｖ５と、前記分解反応器の下流側に設けられ、前記分解反応器から送られてくる分解物を気液分離する気液分離器１０と、前記分解反応器からのラインが前記気液分離器と前記ガス化塔とに分岐する分岐部に設けられた切換弁Ｖ４とを具備することを特徴とする。
【００１４】
分解反応器は、分解した製品包装材から有機有価物を分離したあとの残渣を酸化剤と反応させるためのバスケットを有するものである。バスケットは、流体供給源に連通する上部開口と、上部開口から導入された流体が通過できるように底部にて開口する多数の孔とを備えていることが好ましい。
【００１５】
ガス化塔は、内部に所定の触媒が充填され、分解反応器から送られてくる分解物を触媒と接触させて可燃性ガスに変換するものである。
【００１６】
ガス精留塔は、内部に所定のトレイおよびダウンカマーからなる多段の流路を有し、ガス化塔から送られてくる可燃性ガスを精留するものである。
【００１７】
気液分離器は、分解反応器内での残留物（残渣）と酸化剤との酸化分解反応の際に、付随的に生成される水（Ｈ2Ｏ）等の液体とＣＯ2等の気体とを分離するものである。
【００１８】
減圧弁は、分解反応器およびガス化塔の内部をそれぞれ大気圧程度まで減圧させ、流体の超臨界状態または亜臨界状態を解消するものである。
【００１９】
切換弁は、分解反応器の下流（出口）側において、ガス化塔／ガス精留塔ラインから気液分離器ラインへ切り換えるものである。切換弁の切換タイミングは、分解反応器内への酸化剤の供給開始時か、または酸化剤を供給して残留物（残渣）の酸化分解反応が進行し始めたときである。
【００２０】
さらに、流体供給源および酸化剤供給源と分解反応器との間に予熱器を設け、分解反応器に供給する直前に流体および酸化剤をそれぞれ予熱することができる。流体の予熱温度の一例として、水で約３７４℃、二酸化炭素で約３２℃、メタノールで約２４０℃、エタノールで約２４４℃とすることができる。
【００２１】
さらに、ガス化塔とガス精留塔との間に冷却器を設け、ガス化塔からガス精留塔に供給される気液混合物を冷却することができる。冷却温度は、室温程度まで温度降下させることが好ましいが、４００〜５００℃に温度上昇したガス化塔等を短時間で急速に冷却すると装置の寿命が著しく短くなること、および装置がスケールアップしたときには急速冷却すること自体が技術的に難しいので、５０℃以上１００℃以下を冷却の目安とする。
【００２２】
本明細書中において「超臨界流体」とは、物質の状態図で温度、圧力、エントロピー線図の臨界点を超え、気体、液体、固体の三態のいずれでもない状態にあるものをいうものと定義する。流体がＨ2Ｏである場合の超臨界点は、３７４℃／２２．１２ＭＰａ（技法堂出版「水熱科学ハンドブック」、あるいは岩波書店「理化学辞典第５版」）である。
【００２３】
また、本明細書中において「亜臨界状態の流体」又は「亜臨界流体」とは、超臨界状態を超えてはいないが、それに近い高温高圧状態であって、気体、液体、固体の三態から超臨界状態までの過渡的な遷移状態にある流体のことをいうものと定義する。流体がＨ2Ｏである場合に、水の飽和蒸気圧下では水のイオン積は３３０℃近辺に最大値を示し、この温度領域で水としての化学作用が極大を示すことが知られている。このように超臨界点以下の温度であっても超臨界水に近い状態に保たれたものを亜臨界状態の水または亜臨界水という。
【００２４】
超臨界流体として超臨界水を用いて、有機有価物成分としてのポリエチレン（融点１１４〜１３０℃）を加水分解するときの一連の反応式（１）〜（４）を次に示す。
【００２５】
（ＣＨ2＝ＣＨ2）＋Ｈ2Ｏ（超臨界水）→ＣＨ4＋ＣＯ＋Ｈ2 …（１）
（ＣＨ2＝ＣＨ（ＣＨ3））＋Ｈ2Ｏ（超臨界水）→２ＣＨ4＋ＣＯ＋Ｈ2 …（２）
ＣＯ＋３Ｈ2→ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ …（３）
（ＣＨ2＝ＣＨ2）＋（ＣＨ2＝ＣＨ（ＣＨ3））＋Ｈ2Ｏ→ＣＨ4＋ＣＯ＋Ｈ2 …（４）
製品包装材を超臨界水と接触させると、ポリエチレンが超臨界水へ可溶化し、可燃ガスと残渣とに分離される。次いで、酸化剤を導入して残渣中の無機有価物（アルミニウム）を酸化させ、金属酸化物を得る。得られた金属酸化物は純度９９％以上の高純度アルミナであり、リサイクル資源として極めて価値の高いものとなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、製品包装資材を超臨界流体場にさらすことにより、有機有価物成分が流体へ可溶化し、無機有価物である金属酸化物と、可燃ガスに分離され、それぞれ有価物として再資源化されることにより、製品包装資材廃棄物排出事業者の廃棄物処理に要する経費負担を軽減するとともに、天然資源の有効活用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
先ず図１を参照して製品包装材としてのパウチ屑を処理するための処理装置について説明する。処理装置１は、流体供給源としての給水タンク２、予熱器３、分解反応器としての加水分解／金属酸化物合成槽４、ガス化塔５、冷却器６、ガス精留塔７、酸化剤供給源としての酸化剤充填タンク８、冷却器９および気液分離器１０などを備えたセミバッチシステムとして構築されている。図１には説明の便宜上から分解反応器４を１つのみ示したが、実際には３つの分解反応器４を並べて全体として連続的な処理としている。例えば、第１の分解反応器４が昇温・昇圧しているときに、同時に第２の分解反応器４は脱圧・冷却され、第３の分解反応器４は分解・ガス化工程に入っており（ターム１）、第１の分解反応器４が分解・ガス化工程に入っているときに、同時に第２の分解反応器４は昇温・昇圧され、第３の分解反応器４は脱圧・冷却工程に入っており（ターム２）、第１の分解反応器４が脱圧・冷却しているときに、同時に第２の分解反応器４は分解・ガス化し、第３の分解反応器４は昇温・昇圧している（ターム３）。このように３つの分解反応器４を並べて処理サイクルを少しずつシフトさせて並行処理することにより全体として連続的な処理としている。なお、本発明のセミバッチ方式の処理装置１は、各所に種々の温度計、圧力計、流量センサ、監視ＴＶモニタを備えており、これらの検出や監視情報に基づいて図示しないコントローラによって制御されるようになっている。
【００２８】
給水タンク２から予熱器３までの間にラインＬ１が設けられ、予熱器３から分解反応器４までの間にラインＬ３が設けられている。上流側のラインＬ１には上流側から順に開閉弁Ｖ１、第１の高圧ポンプＰ１、逆流防止弁Ｖ２が取り付けられている。下流側のラインＬ３には逆流防止弁Ｖ３が取り付けられている。これらのラインＬ１，Ｌ３を通って給水タンク２から予熱器３を経由して分解反応器４内のバスケット４２に高温高圧の水が供給されるようになっている。第１の高圧ポンプＰ１は、最大３０ＭＰａの圧力で水を圧送することができる能力を備えたダイヤフラム式ポンプを用いることができる。予熱器３は、分解反応器４に供給する直前に流体および酸化剤をそれぞれ予熱するものである。予熱器３は、誘導加熱方式であり、最高温度６００℃まで水を加熱することができる能力を備えている。
【００２９】
酸化剤充填タンク８からのラインＬ２が給水ラインＬ１の適所に合流している。酸化剤供給ラインＬ２には上流側から順に開閉弁Ｖ６、第２の高圧ポンプＰ３、逆流防止弁Ｖ７が取り付けられている。この酸化剤供給ラインＬ２を通って酸化剤としての酸素ガスが分解反応器４内に導入されるようになっている。なお、酸化剤として過酸化水素を酸素ガスに添加したものを用いるようにすると、アルミニウムの酸化反応が促進されてより短時間の処理が実現されるようになるので好ましい。第２の高圧ポンプＰ３は、ダイヤフラム式ポンプまたはコンプレッサーを用いることができ、最高圧力２００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で酸素ガスを圧送することができる能力を備えている。なお、酸化剤供給ラインＬ２と給水ラインＬ１との合流点には安全弁ＳＶおよび切換弁（図示せず）が設けられている。
【００３０】
分解反応器４は、内部に製品包装材を保持するためのバスケット４２を備え、外周を水冷ジャケット４４で取り囲まれている。バスケット４２などを含む内部構造の詳細は後述する。水冷ジャケット４４は図示しない循環流路を介して冷却水供給源および熱交換器と連通している。分解反応器４の蓋を貫通して流体／酸化剤供給ラインＬ３、安全弁ラインＬ４および排出ラインＬ５がそれぞれ内部に連通している。
【００３１】
排出ラインＬ５は切換弁Ｖ４を介してガス化塔５に連通している。ガス化塔５は、内部に所定の触媒が充填され、分解反応器４から送られてくる分解物を触媒と接触させてメタンやエチレン等の可燃性ガスに変換するものである。ガス化塔５の塔頂部はラインＬ７を介してガス精留塔７に連通している。搭頂ラインＬ７には上流側から順に減圧弁Ｖ５および冷却器６が取り付けられている。減圧弁Ｖ５は、分解反応器４およびガス化塔５の内部をそれぞれ大気圧程度まで減圧させ、これらの内部に存在する流体の超臨界状態または亜臨界状態を解消するものであり、図示しないコントローラによって動作が制御されるようになっている。冷却器６は、ガス化塔５から送られてくる高温ガス（３００〜５００℃）を１００℃以下（好ましくは５０℃程度）に冷却するものである。
【００３２】
ラインＬ７はガス精留塔７のほぼ中央に連通し、内部で精留された軽質分が塔頂部へ上昇し、重質分が塔底部へ下降するようになっている。ガス精留塔７は、内部に所定のトレイおよびダウンカマーからなる多段の流路および充填物を有し、ガス化塔５から送られてくるメタン等の可燃性ガスを精留して純度を向上させるものである。ガス精留塔７の搭頂部からはガス留分回収ラインＬ８が延び出し、塔底部からは処理水回収ラインＬ９が延び出し、それぞれ所定の回収／再利用システム（図示せず）に連通している。
【００３３】
切換弁Ｖ４は、分解反応器４の下流（出口）側において、ガス化塔／ガス精留塔ラインＬ７から気液分離ラインＬ１０へ切り換えるものである。切換弁Ｖ４の動作は図示しないコントローラによって制御されるようになっている。切換弁Ｖ４の切換タイミングは、分解反応器４内への酸化剤の供給開始時か、または酸化剤を供給して残留物（残渣）の酸化分解反応が進行し始めたときである。
【００３４】
気液分離ラインＬ１０には圧力制御弁Ｖ８および冷却器９が取り付けられている。冷却器９は、気液分離器１０から送られてくる気液混合物（３００〜５００℃）を１００℃以下（好ましくは５０℃程度）に冷却するものである。
【００３５】
気液分離器ラインＬ１０は気液分離器１０のほぼ中央に連通している。気液分離器１０は、分解反応器４内での残留物（残渣）と酸化剤との酸化分解反応の際に、付随的に生成される水（Ｈ2Ｏ）等の液体とＣＯ2等の気体とを分離するものである。気液分離器１０の搭頂部からはＣＯ2ガス回収ラインＬ１１が延び出し、塔底部からは処理水回収ラインＬ１２が延び出し、それぞれ所定の回収／再利用システム（図示せず）に連通している。
【００３６】
次に、図２と図３を参照して分解反応器４について詳しく説明する。
【００３７】
分解反応器４は、図２に示すように、処理対象となるパウチ屑２２を保持するための円筒又は角筒形状のハステロイ合金製のバスケット４２を備えている。バスケット４２は内筒（ライナー）４６のなかに納められ、内筒（ライナー）４６はヒータ４５によって周囲を取り囲まれ、さらにヒータ４５は絶縁体（図示せず）を介して水冷ジャケット４４によって周囲を取り囲まれている。バスケット４２の上部には供給ラインＬ３および安全弁ラインＬ４が連通し、内筒４６の上部には排出ラインＬ５が連通している。
【００３８】
図３に示すように、バスケット４２の内筒４６は、本体４６ａと上部４６ｂとをボルト４６ｃとナット４６ｄで締め付けて一体に組立てられている。パウチ屑２２をバスケット４２内に装入するときや無機有価物のアルミナをバスケット４２から取り出すときは、ボルト４６ｃとナット４６ｄを緩めて上部４６ｂを本体４６ａから取り外す。なお、ラインＬ３〜Ｌ５の配管の一部は耐熱性フレキシブルチューブでできている。
【００３９】
バスケット４２の上部フランジ４２ａには突起環４２ｄが形成され、この突起環４２ｄが内筒上部４６ｂの凹所に嵌まり込むようになっている。また、上部フランジ４２ａが内筒上部４６ｂと当接する面には環状溝が形成され、シール材としてＯリング４３が環状溝内に設けられている。
【００４０】
バスケット４２は、上部開口から導入された流体（水）が通り抜けられるように底部４２ｂにて開口する多数の孔４２ｃを備えている。流体（水）は、例えば３００℃に予熱された状態でラインＬ３を通ってバスケット４２内に導入され、さらに昇温・昇圧されて超臨界状態または亜臨界状態とされ、バスケット４２内のパウチ屑２２の隙間を下降し、底部の孔４２ｃを通ってバスケット４２から出て行き、さらにバスケット４２の外周に沿った流路４７を通って上昇し、排出ラインＬ５を通って分解反応器４から出て行くようになっている。
【００４１】
次に、本発明の処理装置を用いてパウチ屑を分解／酸化処理して有機及び無機の有価物をそれぞれ回収する場合について説明する。
【００４２】
超臨界流体となるべき流体に水を用いて、加水分解によりプラスチック成分を可溶化し、さらに酸化剤によりアルミニウムを酸化させることにより、プラスチックにより生成されるメタン、エタン、プロパン等の可燃性ガスとアルミナをそれぞれ回収する。処理に用いられる流体（水）は、給水タンク２から第１の高圧ポンプｐ１によって予熱器３へ送られ所定の温度、圧力に調整される。処理されるパウチ屑２２は加水分解／金属酸化物合成槽４に充填され、ヒータや蒸気等により所定温度に加熱される。予熱器３により加熱、加圧された流体は、加水分解槽４に送られ、槽内にて超臨界状態あるいは亜臨界状態の流体（水）とパウチ屑２２とが接触する。パウチ屑２２に含まれるプラスチック成分は超臨界あるいは亜臨界状態の流体（水）の作用により加水分解され、流体（水）に可溶化し、ガス化装置５へ送られる。ここで可燃ガスとなり、ガス精留塔７にて精製され、可燃ガスとして回収される。なお、過剰な流体は処理水として系外へ排出される。
【００４３】
所定時間の加水分解によりプラスチック成分を分離回収した後、ガス化塔５への流通を遮断し、アルミナ合成に必要な温度、圧力となるように予熱器３にて流体（水）を加熱、加圧、同時にアルミナ合成槽４も加熱する。所定条件に到達後、第１の高圧ポンプＰ１により合成槽４に超臨界流体（水）を送り込む。同時に酸化剤充填タンク８から第２の高圧ポンプＰ３により適量の酸素ガスを送り込む。合成槽４内では酸素共存下で超臨界流体（水）とパウチ屑２２が接触し、アルミニウムの酸化反応が起こり、アルミナが生成される。酸化反応により生成されるガスは残存プラスチックの燃焼によるＣＯ2であり、生成ガスは気液分離器７により流体（水）とＣＯ2に分離され系外へ排出される。
【００４４】
化１にパウチ屑に含まれるプラスチック成分の構造と融点を示す。パウチ屑に含まれるプラスチック類において融点はＰＥＴが最も高く、加水分解に要する温度はこの温度が基準となる。よって、最低２５０℃以上の亜臨界水から超臨界水までの範囲での処理が適当と言える。一般にセメント原料として処理する場合、その温度は１５００℃程度と高温であり、それより遙かに低い温度での処理が可能となる。
【化１】
【００４５】
また、本発明に係る処理方法は閉鎖系での処理であり、プラスチック成分燃焼時に発生するダイオキシン類など環境負荷の高い有害物質の排出が無く、環境への負荷が小さい処理方法である。
【００４６】
得られる可燃ガスは、発電などの燃料として利用が可能であり、また、アルミナは耐火物原料などとして広く活用される材料であり、資源を有効に活用できるとともに、廃棄物処理に要していた処理費用を低減することが可能であるという効果を得られる。
【００４７】
本発明によれば、食品包装資材などの製品包装材から有機有価物および無機有価物を分離してそれぞれ回収することができる。
【００４８】
本発明は、表１に示すように種々の技術分野に利用することが可能である。超臨界流体は、水のみに限られることなく、メタノールアルカリ溶液など他の流体を用いることができる。超臨界条件は、分解対象物と使用流体とに応じてその温度および圧力が表１に示すように種々変わる。
【００４９】
表２に、超臨界水中で種々の高分子を分解する場合を列挙した。例えば分解対象物がセルロースである場合は、エーテル結合が分解されてグルコースとオリゴ糖が生成される。このように様々の高分子を超臨界水中で分解することにより種々の有用物質を生成することができる。
【表１】
【００５０】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る製品包装材の処理装置の概要を示す全体構成ブロック図。
【図２】反応器の概要を示す内部透視断面図。
【図３】反応器の詳細を示す内部透視断面図。
【図４】製品包装材の角部の切り落しにより発生するパウチ屑を説明するための平面図。
【符号の説明】
【００５２】
１…処理装置、２…流体供給源（給水タンク）、３…予熱器、
４…分解反応器（加水分解／金属酸化物合成槽）、
４２…バスケット、４２ａ…フランジ、４２ｂ…底部、４２ｃ…孔、４２ｄ…突起環、
４３…シール材（Ｏリング）、４４…水冷ジャケット、
４５…ヒータ、４６…内筒（ライナー）、４６ａ…内筒本体、４６ｂ…内筒上部、
４６ｃ…ボルト、４６ｄ…ナット、４７…流路、
５…ガス化塔、６…冷却器、７…ガス精留塔、
８…酸化剤充填タンク（酸化剤供給源）、９…冷却器、１０…気液分離器、
２２…製品包装材（パウチ屑）、
Ｌ１〜Ｌ１２…ライン、
Ｐ１，Ｐ３…高圧ポンプ、
Ｖ１，Ｖ６…開閉弁、
Ｖ２，Ｖ３，Ｖ７…逆流停止弁、
Ｖ４…切換弁、
Ｖ５…減圧弁、
Ｖ８…圧力調整弁、
ＳＶ…安全弁、
ＰＧ…圧力計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機有価物と有機有価物を成分として含む製品包装材に超臨界状態または亜臨界状態の流体を接触させ、前記有機有価物成分を分解し、該分解物中から有機有価物を分離して回収する工程と、
前記分解後の残渣中から無機有価物を分離して回収する工程と、
を具備することを特徴とする製品包装材の処理方法。
【請求項２】
超臨界状態または亜臨界状態の流体が、二酸化炭素、メタノール、エタノールおよび水からなる群より選ばれる１つ又は２つ以上であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
分離回収される前記有機有価物は、メタン、ブタン、エタン、プロパンおよび水素からなる群より選ばれる１つ又は２つ以上の可燃性ガスであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
超臨界状態または亜臨界状態の流体として超臨界水または亜臨界水を用い、該超臨界水または亜臨界水を製品包装材と接触させて加水分解することにより前記有機有価物成分を水に可溶化し、残渣として無機有価物を分離回収することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
加水分解時に、前記有機有価物成分の炭化を防止することを目的としてヒドラジン添加するか、またはデエアレーション処理するかいずれかの一方の処理を施した水を用いることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記有機有価物成分を分離した後に、温度３８０〜８００℃、圧力１０〜３０ＭＰａの条件下で、空気、酸素ガス、過酸化水素のうちのいずれかの酸化剤を添加した超臨界水条件下で処理することにより無機有価物を酸化し、無機酸化固形物として資源化可能な形態で回収することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
超臨界状態または亜臨界状態とされるべき流体を供給する供給源と、
処理対象物としての製品包装材を収容し、前記流体供給源から流体を受け入れて超臨界状態または亜臨界状態とし、前記製品包装材を超臨界状態または亜臨界状態の流体と反応させる分解反応器と、
前記分解反応器に酸化剤を供給する酸化剤供給源と、
前記流体供給源から前記分解反応器へ前記流体を圧送する第１の高圧ポンプと、
前記酸化剤供給源から前記分解反応器へ前記流体を圧送する第２の高圧ポンプと、
前記分解反応器の下流側に設けられ、前記分解反応器から送られてくる分解物を気体化するガス化塔と、
前記ガス化塔の下流側に設けられ、前記ガス化塔から送られてくる気液混合物中の有機有価物成分を精留し、資源化可能な形態のガス留分とするガス精留塔と、
前記ガス精留塔と前記ガス化塔との間に設けられた減圧弁と、
前記分解反応器の下流側に設けられ、前記分解反応器から送られてくる分解物を気液分離する気液分離器と、
前記分解反応器からのラインが前記気液分離器と前記ガス化塔とに分岐する分岐部に設けられた切換弁と、
を具備することを特徴とする製品包装材の処理装置。
【請求項８】
前記分解反応器は、分解した製品包装材から有機有価物を分離したあとの残渣を酸化剤と反応させるためのバスケットを有することを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
さらに、前記流体供給源および前記酸化剤供給源と前記分解反応器との間に設けられ、流体および酸化剤をそれぞれ予熱する予熱器を有することを特徴とする請求項７又は８のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
さらに、前記ガス化塔と前記ガス精留塔との間に設けられ、前記ガス化塔から前記ガス精留塔へ供給される気液混合物を冷却する冷却器を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の装置。
【請求項１】
無機有価物と有機有価物を成分として含む製品包装材に超臨界状態または亜臨界状態の流体を接触させ、前記有機有価物成分を分解し、該分解物中から有機有価物を分離して回収する工程と、
前記分解後の残渣中から無機有価物を分離して回収する工程と、
を具備することを特徴とする製品包装材の処理方法。
【請求項２】
超臨界状態または亜臨界状態の流体が、二酸化炭素、メタノール、エタノールおよび水からなる群より選ばれる１つ又は２つ以上であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
分離回収される前記有機有価物は、メタン、ブタン、エタン、プロパンおよび水素からなる群より選ばれる１つ又は２つ以上の可燃性ガスであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
超臨界状態または亜臨界状態の流体として超臨界水または亜臨界水を用い、該超臨界水または亜臨界水を製品包装材と接触させて加水分解することにより前記有機有価物成分を水に可溶化し、残渣として無機有価物を分離回収することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
加水分解時に、前記有機有価物成分の炭化を防止することを目的としてヒドラジン添加するか、またはデエアレーション処理するかいずれかの一方の処理を施した水を用いることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記有機有価物成分を分離した後に、温度３８０〜８００℃、圧力１０〜３０ＭＰａの条件下で、空気、酸素ガス、過酸化水素のうちのいずれかの酸化剤を添加した超臨界水条件下で処理することにより無機有価物を酸化し、無機酸化固形物として資源化可能な形態で回収することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
超臨界状態または亜臨界状態とされるべき流体を供給する供給源と、
処理対象物としての製品包装材を収容し、前記流体供給源から流体を受け入れて超臨界状態または亜臨界状態とし、前記製品包装材を超臨界状態または亜臨界状態の流体と反応させる分解反応器と、
前記分解反応器に酸化剤を供給する酸化剤供給源と、
前記流体供給源から前記分解反応器へ前記流体を圧送する第１の高圧ポンプと、
前記酸化剤供給源から前記分解反応器へ前記流体を圧送する第２の高圧ポンプと、
前記分解反応器の下流側に設けられ、前記分解反応器から送られてくる分解物を気体化するガス化塔と、
前記ガス化塔の下流側に設けられ、前記ガス化塔から送られてくる気液混合物中の有機有価物成分を精留し、資源化可能な形態のガス留分とするガス精留塔と、
前記ガス精留塔と前記ガス化塔との間に設けられた減圧弁と、
前記分解反応器の下流側に設けられ、前記分解反応器から送られてくる分解物を気液分離する気液分離器と、
前記分解反応器からのラインが前記気液分離器と前記ガス化塔とに分岐する分岐部に設けられた切換弁と、
を具備することを特徴とする製品包装材の処理装置。
【請求項８】
前記分解反応器は、分解した製品包装材から有機有価物を分離したあとの残渣を酸化剤と反応させるためのバスケットを有することを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
さらに、前記流体供給源および前記酸化剤供給源と前記分解反応器との間に設けられ、流体および酸化剤をそれぞれ予熱する予熱器を有することを特徴とする請求項７又は８のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
さらに、前記ガス化塔と前記ガス精留塔との間に設けられ、前記ガス化塔から前記ガス精留塔へ供給される気液混合物を冷却する冷却器を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２３１２４９（Ｐ２００６−２３１２４９Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１８３５（Ｐ２００５−５１８３５）
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（５９８０５２７１３）長崎菱電テクニカ株式会社 (13)
【出願人】（０００００３７６８）東洋製罐株式会社 (1,150)
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（５９８０５２７１３）長崎菱電テクニカ株式会社 (13)
【出願人】（０００００３７６８）東洋製罐株式会社 (1,150)
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
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