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最新更新日：2018.08.20 ・木炭と七輪で熱分解 木炭の利用のひとつとしてプラスチックの熱分解を始めています。 個人的な経験でプラスチックを燃やすと黒煙と特有のニオイがしますが、これをややこしくない方法で無くせたら、,発展途上国を含め各所で問題になっている廃プラゴミ問題の解決のヒントになれば・・・・なんてコトを思ってます。 個人的な考えですが、プラスチックの処理は燃焼により不定形化し、場合によってはエネルギー回収をする、というのが最も現実的と考えています。そのために人類は塩素CLの無いプラスチック素材を開発してきたのでは・・・・とも考えています。
当方、機械系エンジニアなので機械的なものはそれなりに知識はありますが、化学はだいぶ知識がなくて、公害防止管理者の大気と水質の資格を取る時は難儀しました。 当面の熱分解の対象はPET(ポリエチレンテレフタレート)にしました。塩素CLが無いこと、身近なことから選びました。融解した後で熱分解する様です。 熱分解はいろいろな状況で行われるみたいですが、僕は「大気圧」、「無酸素」の事故が少なくできそうなところでやってみます。 PETの融点は260℃くらいと高いので、水H2Oの蒸気で空気を追い出して「無酸素」を作ります。また水は陶器破片（カワラチップ）をスポンジに見立てて吸水させることで取扱いを容易にします。 最も危険なのは破裂と爆発です。破裂はリアクタ内圧が大気圧でないときに発生すると想定します。次いで爆発はリアクタ内に空気が多く侵入して爆発上限を下回ったときに発生すると想定しました。 そのため一度加熱をし始めたら、熱分解が完了するまで加熱を中断しないことが目標になりました。 次いで危険なのは発生ガスによる中毒です。ネットで見るとおもに「アセトアルデヒドCH3COH」が発生するようです。換気を良くして対応します。 いずれにしろ「足元の整理整頓」「保護具の選定と着用」「できるだけ遠くざける」「逃げ道を確保」などが重要な実施項目かと思いました。 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 反応器（リアクタ）の製作 リアクタはポットとキャップから構成することにしました。いろいろ鋼材の寸法を見ているとSGPの20A(外径φ27.2mm)の継手部品と外径φ31.6×t1.6の鋼管(内径φ28.4)がはまるみたいなのでそれを組み合わせて作ることにしました。 スキマは全部で0.8mm。片側で0.4mmなのでスポンとはまると想定します。 買ってきたSGP20A白の継手です。
これがポット部の組み上がりのイメージです。カブサリは20mmくらいみたいです。
今回は亜鉛メッキ部材のため、有毒な亜鉛系ガスが出るとのこと。フューム熱という病気になるそうです。もとはアメリカのyoutubeの動画で知りました。 あらかじめ亜鉛を除去します。使うのは塩酸の身近なもののトイレ用洗剤「サンポール」です。処理容器は酸アルカリに強いホーロー加工品にしました。
サンポールをかけると亜鉛が泡を出して反応します。なかなか強烈です。出てくるのは水素H2ですので換気に注意して、火気厳禁でやりましょう。もちろんゴム手袋、保護メガネも装着しましょう。
どれだけやるといいのかは正直分かりませんでしたので、飽きるまで・・・・くらいにしました。 ちなみに廃液はウェスに含ませて、燃えるゴミに出しました。この廃液処理が一番難しいです。 名古屋市下水の規制値はこちら。亜鉛は名古屋市の下水道の排出規制値は2ppmと値は低いです。
亜鉛除去後の部材。プロの方からするときっともっとしっかり取るべきなのでしょう。
今度はキャップを作ります。メッキをはがした鋼管を加熱して片方をつぶしてキャップを作ります。亜鉛は黄色く色が変わりました。あらかじめ剥離しておいてよかったように思います。
こんな感じでつぶしていきます。数回の加熱＆加工でそれっぽくできたと思います。
キャップの加工終了の姿。口で空気を吹き込んで低い圧力での密閉性は「良」としました。
出来上がりはこんな感じです。左がポットで右がキャップです。
ポットの内部にはこんな感じのカワラチップを入れます。実際は入れる前に十分に水を含ませます。多孔質なのでそれなりに吸水します。
ポット内に湿ったカワラチップを入れたところ。
PETボトルをハサミで切断したものを作ります。だいたい□5mmくらいです。厚みは0.25mmくらいです。
50枚をバッチで熱処理します。ちょっと数えるのは面倒です。バッチ重量は0.43gです。
木炭を着火したところへPETと含水カワラチップを入れたリアクタを設置します。設置した後に給気ファンで空気を送り、リアクタを加熱します。
加熱中はこんな感じです。けっこうCO火炎が高く出るので、熱分解ガスが出ているかは判りにくいです。リアクタのキャップの端面から火炎が出ているかを目視で見ます。
約7分で熱分解ガスに着火がわかりました。実際はもっと前から燃えていたかもしれません。 水蒸気の発生など、目視確認できず。臭気は甘い特殊なニオイでした。wikiや他のwebで読んだような、希薄になったアセトアルデヒドだと思います。黒煙はわかりませんでしたが、たぶん出ていないように思います。。 破裂、爆発も無く作業は完了できました。ここが一番の収穫でしょうか。 事故無く終われたので、とりあえず成功とします。生まれて初めてこのテの物質を黒煙無しで燃やせたような気がします。
どこまで加熱すると内部の反応が終わったか分からないので、こんな感じでポットとキャップが赤熱発光するまで加熱します。webによるとPETは450〜480℃くらいが熱分解温度のようです。赤熱部の色から見てリアクタ外部温度は800℃くらいでしょう。
十分冷えた後のリアクタです。まだ腐食は見られません。
内部のカワラチップは黒く変色してました。炭化焼成と言うには温度が低いので、リアクタ内部はどんなことが起きていたのでしょうか。
もう少しリアクタの改良をしたいと思います。リアクタ内の温度と圧力がわかるとうれしいですが、加熱システム上、やっかいでしょう。 |
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