(57)【要約】【課題】  熱分解槽に設けた熱交換部のチューブ伝熱面の温度上昇による炭化物の集中的析出を防止する。【解決手段】  プラスチック溶液を熱分解する熱分解槽７を備えた熱分解装置において、前記熱分解槽７の内部にプラスチック溶液を加熱する熱交換部１０が設けられ、前記熱交換部１０は内部にフィン３５ｂを設けたチューブ３５を有し、そのチューブ３５の内部を加熱媒体が流通してプラスチック溶液を加熱するように構成され、前記フィン３５ｂのピッチはチューブ３５における加熱媒体の流入側が流出側より粗になっている。【選択図】        図４
2008019397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック溶液を熱分解する熱分解槽７を備えた熱分解装置において、前記熱分解槽７の内部にプラスチック溶液を加熱する熱交換部１０が設けられ、前記熱交換部１０は内部にフィン３５ｂを設けたチューブ３５を有し、そのチューブ３５の内部を加熱媒体が流通してプラスチック溶液を加熱するように構成され、前記フィン３５ｂのピッチはチューブ３５における加熱媒体の流入側が流出側より粗になっていることを特徴とする熱分解装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記フィン３５ｂのピッチは加熱媒体の流入側から流出側に向かって粗から密に段階的に変化していることを特徴とする熱分解装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
プラスチック溶液がポリスチレン溶液であること特徴とする熱分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチック溶液を熱分解する熱分解装置に関し、詳しくは熱分解槽に設けた熱交換部の伝熱面への炭化物付着を防止できる熱分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場や家庭からは種々のプラスチック廃棄物（廃プラスチック）が排出される。廃プラスチックはそのまま焼却すると環境に悪影響を与る上に資源的な損失にもなる。そこで従来から廃プラスチックを熱分解装置で熱分解し、油分（生成油）として資源回収する技術が開発されている。熱分解に適したプラスチックはポリスチレン、スチレンーアクリル共重合体（ＡＳ樹脂）、スチレンーアクリルーブタジエン共重合体（ＡＢＳ樹脂）等のスチレン系樹脂（以下、これらを単にポリスチレンという）、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂等がある。
【０００３】
廃プラスチックとして多く排出されるのはポリスチレンであり、その中でも発泡ポリスチレンは緩衝材や断熱材として多用されているので、廃プラスチックとして多量に排出される。発泡ポリスチレンの嵩密度は著しく低いので、スチレンモノマー、ベンゼン、トルエン等の溶剤で溶解してポリスチレン溶液に変換する減容処理を行い、得られたポリスチレン溶液を熱分解する方法が一般的に採用される。なお以下の説明はプラスチック溶液としてポリスチレン溶液を用いた熱分解技術について記述しているが、本発明は他のプラスチックについても同様に適用される。
【０００４】
ポリスチレン溶液の熱分解装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されている熱分解装置は、熱分解槽を備え、その熱分解槽の内部にポリスチレン溶液を加熱する熱交換部およびスチレン溶液を散布する散布手段を設けている。
【０００５】
上記熱交換部は並列に配置した複数のチューブを有し、各チューブ内を流通する加熱媒体（例えば高温ガス）で熱分解槽に供給したポリスチレン溶液を加熱するようになっている。このような熱交換部ではチューブの外側の伝熱面と接触するポリスチレン溶液の一部が高温により局部過熱されて炭化現象を起こし、生成した炭化物は析出物として伝熱面に付着してその伝熱効率を低下させるという問題が生じる。
【０００６】
そこで特許文献１の熱交換槽には、前記のようにポリスチレン溶液を散布する散布手段が設けられている。該散布手段から熱交換部の伝熱面にスチレン溶液を散布すると、散布されたスチレン溶液は高温の伝熱面に接触して沸騰し、その際発生する気泡の破壊力により伝熱面に析出した炭化物を剥離・除去するようになっている。
【特許文献１】特開２００５−８９４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された熱分解装置は、それを構成する熱分解槽の運転中に熱交換部に析出した炭化物を効率よく剥離・除去できる。しかし実験によれば、熱交換部の伝熱面に析出して付着する炭化物の量は、加熱媒体の流入側により多く集中することが分かった。すなわち熱交換部のチューブを通過する加熱媒体の温度は、熱交換作用により加熱媒体の流入側から流出側に向かって次第に低下するので、伝熱面の温度は過熱媒体の流入側が最も高くなる。そのため加熱媒体の流入側における伝熱面に集中的に多くの炭化物の析出が発生する。
【０００８】
特許文献１では熱交換部の伝熱面に析出した炭化物をスチレン溶液の散布により剥離・除去している。しかし炭化物の析出が集中している部分は付着力も増加するので、その剥離・除去にはより多くの散布量を必要とする。そこで本発明はこのような問題を解決することを課題とし、炭化物が集中的に析出することを防止できる熱分解槽を有する熱分解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】
【０００９】
前記課題を解決する本発明の熱分解装置は、プラスチック溶液を熱分解する熱分解槽を備えた熱分解装置である。前記熱分解槽の内部にはプラスチック溶液を加熱する熱交換部が設けられ、熱交換部は内部にフィンを設けたチューブを有し、そのチューブ内を加熱媒体が流通してプラスチック溶液を加熱するように構成される。そして前記フィンのピッチがチューブにおける加熱媒体の流入側が流出側より粗になっていることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
上記熱分解装置において、前記フィンのピッチは加熱媒体の流入側から流出側に向かって粗から密に段階的に変化させることができる（請求項２）。
【００１１】
上記いずれかの熱分解装置において、熱分解すべきプラスチック溶液はポリスチレン溶液とすることができる（請求項３）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の熱分解装置は、フィンのピッチはチューブにおける加熱媒体の流入側が流出側より粗になっている。チューブ内に設けられるフィン（インナーフィン）は加熱媒体の熱エネルギーを伝熱面へ伝達するための有効な手段となるが、その伝熱効率は概略フィンピッチの密度（チューブの単位長さ当たりのフィンのピッチ数）に比例する。これはフィンピッチの密度に比例して伝熱面積が増加するからである。したがって加熱媒体の流入側のフィンのピッチを流出側より粗にすると、加熱媒体から伝熱面への伝熱効率も流入側のほうが流出側より小さくなる。
【００１３】
一方、加熱媒体の温度はチューブを通過するにしたがって熱交換作用により次第に低下する傾向にある。上記のようにフィンのピッチの粗密を調整して加熱媒体の温度と伝熱効率を反比例させることにより、チューブにおける伝熱面の温度をチューブ全長に亘って平均化させることができ、それによって加熱媒体の流入側における伝熱面が高温化して炭化物が集中的に析出することを防止できる。
【００１４】
更に、このようにチューブにおける伝熱面の温度をチューブ全長に亘って平均化させることにより、伝熱面の部分的に過度な温度上昇が抑制されるので、伝熱面全体としての炭化物析出も大幅に低減でき、それに応じて熱分解装置の運転中に行う炭化物の剥離・除去操作も大幅に低減され、場合によってはその操作を殆ど無くすことも可能になる。
【００１５】
上記熱分解装置において、請求項２に記載のように、フィンのピッチを加熱媒体の流入側から流出側に向かって粗から密に段階的に変化させることができる。このようにすると、フィンピッチによる伝熱効率の調整をチューブの全長に亘ってより細かく設定できるので、チューブ全長に亘って伝熱面の温度を一層平均化させることがでる。
【００１６】
上記いずれかの熱分解装置において、請求項３に記載のように、熱分解すべきプラスチック溶液はポリスチレン溶液とすることができる。このように本発明の熱分解装置をポリスチレンの熱分解に適用することにより、大量に発生する廃ポリスチレン、特に廃発泡ポリスチレンの熱分解を効率よく大量処理できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に図面に基づいて本発明の最良の実施形態を説明する。図１は本発明の熱分解装置によりポリスチレン溶液（プラスチック溶液）を熱分解し、スチレン溶液を生成するプロセスフロー図である。しかし本実施形態は他の熱分解可能なプラスチック溶液（生成油）の熱分解にも同様な方法で適用できる。
【００１８】
熱分解原料である廃発泡ポリスチレン等の発泡ポリスチレンは、粉砕機１で細かく粉砕することにより発泡ポリスチレン片とし、配管等の管路ａから溶解槽２に供給される。溶解槽２には例えばポリスチレンの溶剤としてスチレン溶液が管路ｂから供給され、発泡ポリスチレン片は溶剤と混合され、攪拌装置３で所定時間攪拌されることにより溶解しポリスチレン溶液となる。
【００１９】
溶解槽２の下部に網体からなるストレーナ４が配置され、その二次側に管路ｃが連通する。溶解槽２のポリスチレン溶液は管路ｃからポンプ５で熱交換器（エコノマイザ）６に供給され、そこで熱分解槽７の排出部８から管路ｅにより流出するスチレンガスと熱交換して昇温し、次いで管路ｄから供給部（供給口）９を経て熱分解槽７内に供給される。熱分解槽７は周囲を断熱層で囲まれた閉鎖型の槽により構成され、供給されたポリスチレン溶液の液面Ｓは図示しない液面計で監視され、液面Ｓを所定レベルに維持するように例えばポンプ５を制御してポリスチレン溶液の供給量を調整する。
【００２０】
熱分解槽７の内部下方に熱交換部１０が配置される。熱交換部１０は並列に配置した複数の細長いチューブを有し、各チューブには燃焼装置１１からの高温（例えば５５０℃程度）の加熱ガスが分流する。熱分解装置が平常運転状態にあるときは、熱分解槽７内のポリスチレン溶液は熱交換部１０でその熱分解温度（例えば３５０℃〜４００℃程度）に昇温されて熱分解し、スチレンガスを生成する。生成した高温のスチレンガスは排出部８から管路ｅに流出し、前記熱交換器６で熱交換して冷却され、さらにコンデンサ１２で管路ｆから供給される冷却水と熱交換して凝縮する。凝縮して６０℃程度になった低温のスチレン溶液（生成油）は管路ｇから流出して生成油槽１３に回収される。
【００２１】
生成油槽１３のスチレン溶液はポンプ１４の運転により管路ｈを経て流出し、開閉弁Ｖ１を開けることにより管路ｉを経て図示しない生成油回収槽に回収される。また開閉弁Ｖ２を開けることによりスチレン溶液の一部は管路ｊから前記燃焼装置１１に燃料として供給される。燃焼装置１１で生成した燃焼ガスは加熱ガスとして管路ｐから熱分解槽７に供給され、その供給部（供給口）１５を経て前記熱交換部１０の各管体に分配供給される。なお生成槽１３のスチレン溶液は所望によりポンプ２２を運転することにより管路ｏから前記溶解槽２に戻すこともできる。
【００２２】
熱交換部１０の各チューブを通過した加熱ガスは、集合して排出部１６から排気ガスとして流出し、管路ｋを経て熱交換器（レキュパレータ）１７で熱交換により冷却されて外部に排出する。一方、外気（空気）がブロワ１８により管路ｌから熱交換器１７に供給され、そこで前記排気ガスと熱交換して昇温し、次いで管路ｍを経て前記燃焼装置１１に燃焼空気として供給される。
【００２３】
ポリスチレン溶液には廃棄物である発泡ポリスチレンに混入していた金属や土砂等が含まれることがあり、さらに熱分解に伴い炭化物等の残渣が生成する。熱分解においてこれらは分解残渣として次第に熱分解槽７の底部に滞留してくるので、残渣排出手段２０により随時排出する。残渣排出手段２０は熱分解槽７の底部に設けた排出部（排出口）１９と、排出部１９に連通する管路ｎと、管路ｎに設けた開閉弁Ｖ３を備えている。そして開閉弁Ｖ３を開けることにより、熱分解槽７に滞留する分解残渣は排出部１９から管路ｎを経て残渣槽２１に排出する。
【００２４】
熱交換槽７に散布手段４０が設けられる。散布手段４０は熱分解槽７内の上部に配置した散布ノズル４１と、散布ノズル４１にスチレン溶液を供給するスチレン溶液供給手段４２を有する。なお本実施形態では前記生成槽１３、スチレン溶液を移送するポンプ１４、管路ｈ、管路ｉ、管路ｑおよび開閉弁Ｖ４によりスチレン溶液供給手段４２が構成される。
【００２５】
図２は図１に示す熱分解槽７の具体例を示す正面図、図３はその右側面図である。これらの図において、熱分解槽７は筒状の本体３０と、本体３０の頂部にフランジ部３１により着脱自在に取り付けられた円錐台形状の蓋体３２と、本体３０の底部にフランジ部３３により着脱自在に取り付けられた円形で且つ平板状の底部３４を主要部として構成される。
【００２６】
本体３０の側壁上部にポリスチレン溶液を供給する供給部９が設けられ、蓋体３２の最頂部に熱分解により生成するスチレンガスの排出部８が設けられる。さらに底部３４の中央部に分解残渣を排出する排出部１９が設けられ、排出部１９に開閉弁Ｖ３が接続される。なお底部３４の上側には逆円錐状の傾斜板３４ａが取り付けられ、分解残渣を排出部１９に誘導するようになっている。
【００２７】
本体３０の中央部上方に散布手段４０を構成する散布ノズル４１が配置され、散布ノズル４１にはスチレン溶液供給手段４２を構成する管路ｑの先端部が接続される。散布ノズル４１から散布されるスチレン溶液の液滴は点線で示すような円錐状に分布して落下し、ポリスチレン溶液の液面Ｓに降り注ぐ。降り注いだスチレン溶液はポリスチレン溶液と接触すると前記のように急激に昇温して沸騰状態になり、生成する気泡の破壊力で伝熱面、すなわち熱交換部１０のチューブ３５の表面（伝熱面）に付着した分解残渣を剥離して除去する。なお、本発明の特徴部分であるフィンのピッチを変えたチューブを使用することにより、熱交換部１０の伝熱面への炭化物の析出が実質的に防止できる場合は、散布手段４０を省略することもできる。
【００２８】
熱交換部１０は本体３０の下部を水平方向に配置され、図３に示すように、熱交換部１０には断面が長円形のＳＵＳチューブ等からなる複数のチューブ３５が並列配置される。各管体３５の両端部は互いに連通し、一方の端部が供給部１５を介して加熱ガスを供給する管路ｐに接続され、他方の端部が排出部１６を介して熱交換後の加熱ガスを流出する管路ｋに接続される。なおチューブ３５間に形成される間隙部およびその下方の空間部には伝熱促進部材３６としての鉄球やＳＵＳ球等の耐熱性を有する金属球３７が必要に応じて充填される。
【００２９】
図４に熱交換部３０を構成するチューブ３５の１例を模式的に示す。なお図４（ａ）はチューブ３５の正面図、図４（ｂ）はチューブ３５の左側面図、図４（ｃ）はチューブ３５の右側面図である。チューブ３５は扁平で細長い筒体３５aとその内部に均一に配置されたフィン３５ｂを有する。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、本実施形態ではチューブ３５における加熱媒体の流入側から流出側に向かって番号（１）（２）（３）（４）が付され、流出側に最も近い（１）−（２）間のフィン３５ｂのピッチは最も粗に形成され、流出側に最も近い（３）−（４）間のフィンのピッチは最も密に形成され、中間部分の（２）−（３）間のフィン３５ｂのピッチはその中間の値に形成されている。
【００３１】
すなわち本実施形態では、フィン３５ｂのピッチは加熱媒体の流入側から流出側に向かって粗から密に３段階に変化している。なおフィン３５ｂのピッチ変化は３段階に限らず、２段階または４段階以上としてもよい。
【００３２】
図５は図４に示すチューブ３５を用いてポリスチレン溶液を加熱媒体で加熱した実験結果であり、伝熱面温度の概略的な変化傾向を実線で示す。図５から明らかなように、３分割したチューブ３５の各伝熱面の温度は比較的狭い上下幅内に平均化されている。そのためチューブ３５の伝熱面の全長に亘って極端な温度上昇や温度低下は生じないので、炭化物の集中的析出や熱交換効率の低下等を起こす恐れがない。
【００３３】
参考までに、従来のチューブ、すなわち全長に亘ってフィン３５ｂのピッチを一定としたチューブに変えた以外は上記実験と同じ構造の熱交換部１０を作成し、同様な条件で比較実験した結果を図５に点線で示してある。比較結果からチューブにおける加熱媒体の流入側における伝熱面の温度が大幅に上昇していることがわかる。このような大幅な温度上昇は、炭化物の析出を集中的に発生させるので好ましくない。また比較結果から分かるように、加熱媒体の流出側の伝熱面温度はかなり低下しており、この付近では熱交換効率がかなり低下することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の熱分解装置は、例えば発泡ポリスチレンを溶剤に溶解して得られたポリスチレン溶液を熱分解し、生成油としてのスチレン溶液を製造する装置等として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の熱分解装置のプロセスフロー図。
【図２】図１に示す熱分解槽７の具体例を示す正面図。
【図３】図２の右側面図。
【図４】熱交換部１０を構成するチューブ３５を模式的に示す図。
【図５】図４のチューブによる伝熱面の温度変化を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１    粉砕機
２    溶解槽
３    攪拌装置
４    ストレーナ
５    ポンプ
６    熱交換器
７    熱分解槽
８    排出部
９    供給部
【００３７】
１０    熱交換部
１１    燃焼装置
１２    コンデンサ
１３    生成油槽
１４    ポンプ
１５    供給部
１６    排出部
１７    熱交換器
１８    ブロワ
１９    排出部
【００３８】
２０    残渣排出手段
２１    残渣槽
２２    ポンプ
３０    本体
３１    フランジ部
３２    蓋体
３３    フランジ部
３４    底部
【００３９】
３５    管体
３５a   筒体
３５b   フィン
３６    伝熱促進部材
３７    金属球
４０    散布手段
４１    散布ノズル
４２    スチレン溶液供給手段
ａ〜ｑ  管路
Ｖ１〜Ｖ４  開閉弁
【図１】
2008019397.tif 000003
【図２】
2008019397.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008019397.tif 000006
【図５】
2008019397.tif 000007