(57)【要約】【課題】  廃ポリスチレンに揮発性物質が混入している場合にも高純度のスチレンを効率よく回収する。【解決手段】  スチレンと沸点の近いキシレン等の揮発性物質が混入した廃ポリスチレン混合物を押出機１ａで構成した分離装置１に供給し、そこで廃ポリスチレンを加熱溶融すると共に、揮発性物質を加熱により揮発し、その蒸気をベント部１３から配管ａに排出して分離し、残った廃ポリスチレンの溶融物（溶融ポリスチレン）を熱分解装置４に供給し、熱分解装置４で生成した熱分解物を第１の蒸留装置７および第２の蒸留装置８で精製して高純度のスチレンを回収する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃ポリスチレンを熱分解する熱分解工程と、熱分解工程で生成する熱分解物を蒸留してスチレンを分離する蒸留工程を有するスチレンの回収方法において、前記廃ポリスチレンはスチレンと沸点の近い揮発性物質が混入した廃ポリスチレン混合物であり、その廃ポリスチレン混合物から前記揮発性物質を揮発させて分離し、残った廃ポリスチレンを熱分解工程に供給することを特徴とするスチレンの回収方法。
【請求項２】
請求項１において、前記揮発性物質の分離を減圧下に行うことを特徴とするスチレンの回収方法。
【請求項３】
廃ポリスチレンにスチレンと沸点の近い揮発性物質が混入した廃ポリスチレン混合物から前記揮発性物質を揮発させて分離する分離装置１と、分離装置１から流出する廃ポリスチレンを熱分解する熱分解装置４と、熱分解装置４で生成した熱分解物を蒸留してスチレンを分離する蒸留装置（７，８）を備えていることを特徴とするスチレンの回収装置。
【請求項４】
請求項３において、前記分離装置１は揮発した揮発性物質を排出するベント部１３を有する押出機１ａにより構成されることを特徴とするスチレンの回収装置。
【請求項５】
請求項４において、前記押出機１ａのベント部１３に減圧手段３を連通したことを特徴とするスチレンの回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発泡ポリスチレン等の廃ポリスチレンを熱分解してスチレンを回収する方法及び回収装置に関し、特に廃ポリスチレンにスチレンと沸点が近いキシレン等の揮発性物質が混入している廃ポリスチレン混合物から高純度のスチレンを回収する方法および回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場や家庭から排出されるプラスチック類には種々のプラスチックが存在するが、中でもポリスチレンは電化製品や情報機器のケース、食品包装用トレイ、断熱材、緩衝材など多くの分野に利用されており、廃プラスチックに占める割合も多い。そのため大量に排出される廃ポリスチレンを資源としてリサイクルすることは重要な技術的課題であり、そのため種々のリサイクル方法が提案されている。
【０００３】
廃ポリスチレンのリサイクル方法としてマテリアルリサイクルがある。この方法は廃ポリスチレンを熱分解温度２００℃以下で加熱溶融し、ポリスチレン再生品としてリサイクルする方法である。しかしリサイクルされた再生品には汚れや不純物の混入が避けられず、低品質の製品しか得られないという問題がある。
【０００４】
一方、廃ポリスチレンを熱分解し、生成した分解ガスを凝縮器で凝縮し、得られた油成分を蒸留装置で蒸留することによって高純度のスチレン（スチレンモノマー）を回収する技術が特許文献１に提案されている。この方法で得られた高純度のスチレンは品質の高いプラスチック原料や化学原料としてリサイクルできるので付加価値が極めて高い。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２９８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
廃ポリスチレンは種々の排出経路により収集されるが、その廃ポリスチレン中には溶剤や洗浄剤として使用されたスチレンと沸点が近いキシレン等の揮発性物質が混入したもの、すなわち廃ポリスチレン混合物として収集されるものがある。廃ポリスチレンを熱分解し、生成する分解物を蒸留して高純度のスチレンを回収する際に、廃ポリスチレンにスチレンと沸点の近い揮発性物質が混入していると、その揮発性物質は熱分解工程では熱分解されず、スチレンを主体とする分解物と共に蒸留工程に供給される。
【０００７】
廃ポリスチレンに前記のような揮発性物質が混入している場合、熱分解により生成した分解物を蒸留工程に移送したとしても、蒸留工程ではスチレンから揮発性物質を分離することが困難であり、理論的にはスチレンと同じ沸点を有する揮発性物質は蒸留工程でスチレンと分離することはできない。そして回収したスチレンの純度は残留する揮発性物質の量に比例して低下する。
【０００８】
そこで本発明はこのような廃ポリスチレン混合物を原料とする従来のスチレン回収方法における問題を解決することを課題とし、そのための新しいスチレンの回収方法および回収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に係るスチレンの回収方法は、廃ポリスチレンを熱分解する熱分解工程と、熱分解工程で生成する熱分解物を蒸留してスチレンを分離する蒸留工程を有するスチレンの回収方法である。そして本回収方法は、前記廃ポリスチレンがスチレンと沸点の近い揮発性物質が混入した廃ポリスチレン混合物であり、その廃ポリスチレン混合物から前記揮発性物質を揮発させて分離し、残った廃ポリスチレンを熱分解工程に供給することを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
上記スチレンの回収方法において、前記廃ポリスチレン混合物の分離は減圧下で行うことができる（請求項２）。
【００１１】
また前記課題を解決する本発明に係るスチレンの回収装置は、廃ポリスチレンにスチレンと沸点の近い揮発性物質が混入した廃ポリスチレン混合物から前記揮発性物質を揮発させて分離する分離装置と、分離装置から流出する廃ポリスチレンを熱分解する熱分解装置と、熱分解装置で生成した熱分解物を蒸留してスチレンを分離する蒸留装置を備えていることを特徴とする（請求項３）。
【００１２】
上記スチレンの回収装置において、前記分離装置は揮発した揮発性物質を排出するベント部を有する押出機により構成することができる（請求項４）。
【００１３】
上記押出機を備えたスチレンの回収装置において、押出機のベント部に減圧手段を連通することができる（請求項５）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るスチレンの回収方法によれば、廃ポリスチレン混合物から前記揮発性物質を揮発させて分離し、残った廃ポリスチレンを熱分解工程に供給するので、蒸留工程で高純度のスチレンを分離して回収できる。さらに上記廃ポリスチレン混合物の分離を減圧下に行うと、前記揮発性物質の分離効率を一層高めることができる。
【００１５】
また本発明に係るスチレンの回収装置を使用することにより、前記スチレンの回収方法を好適に実施できる。そして揮発した揮発性物質を排出するベント部を有する押出機で分離装置を構成すると、廃ポリスチレンの加熱溶融操作と揮発性物質の分離操作を同じ装置で効率よく実施できるので、熱分解装置の前工程を実施する装置構成が簡単化し、その設置スペースも小さくなる。さらに装置の設置コストおよび運転コストも低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に図面により本発明に係るスチレン回収方法の最良の形態を説明する。図１は本発明のスチレの回収方法を実施する装置のプロセスフロー図である。図中、１は分離装置、２は凝縮器、３は減圧手段、４は熱分解装置、５は凝縮器、６は減圧手段、７は第１の蒸留装置、８は第２の蒸留装置、９はホッパ、１０は本体、１１は回転スクリュー、１２は駆動部、１３はベント部、１４は反応管、１５は加熱部、１６，１７はリボイラ、ａ〜ｉは配管である。
【００１７】
本例に使用する分離装置１は、廃ポリスチレン混合物を加熱溶融する操作と揮発性物質の蒸発分離操作を同じ装置で行うベント部付きの押出機１ａにより構成される。なお分離装置１は一般にプラスチックの射出成型用として用いられている押出機にベント部を設けることにより構成できる。この押出機１ａは廃ポリスチレン混合物を受け入れるホッパ９と、ホッパ９の底部に連通するシリンダ状の本体１０を備え、本体１０の内部に廃ポリスチレン混合物を加熱溶融するヒータ等の加熱部（図示せず）と、回転スクリュー１１と、回転スクリュー１１を駆動する電動機等の駆動部１２と、揮発性物質を排出するベント部１３を有する。
【００１８】
原料となる廃ポリスチレン混合物は、例えば減容処理された発泡ポリスチレンや硬質ポリスチレンを１０ｍｍ前後の細片に粉砕されたものを使用でき、その細片を空気搬送装置等によりホッパ９に供給して貯留する。ホッパ９の廃ポリスチレン混合物は本体１０に供給されるが、そこで駆動部１２によって回転駆動する回転スクリュー１１で混連され、加熱部による加熱と廃ポリスチレン混合物のせん断・摩擦熱等により２００〜２５０℃程度に昇温する。
【００１９】
廃ポリスチレン混合物の温度がポリスチレンの溶融温度を越えると主成分であるポリスチレンが溶融する。一方、不純物として含まれる揮発性物質は加熱により蒸気となって揮発し分離する。ポリスチレンと揮発性物質の蒸気は回転スクリュー１１により出口側に徐々に押出され、揮発性物質はその途中に設けたベント部１３から配管ａに排出する。
【００２０】
前記揮発性物質の蒸発と排出は減圧手段３を運転することにより効率よく行われる。すなわち吸引減圧手段３を運転すると、凝縮器２、配管ａおよびベント部１３から本体１０内部まで負圧になり、揮発性物質の蒸発が促進されると共に、ベント部１３から揮発性物質を効率よく排出できる。そしてベント部１３から排出した揮発性物質の蒸気は凝縮器２で冷却されて凝縮し、図示しない回収タンクに液状形態で回収される。
【００２１】
前記ベント部１３は本体１０の中間部分に設けた開口部により構成される。本体１０の中間部分ではポリスチレンが十分に溶融せず固体状態に近いので、ベント部１３からポリスチレンが外部に排出されることはない。なお開口部付近における回転スクリュー１１の溝の深さを深くするなどの設計により、該部分におけるポリスチレンの押出圧力を低下させ、それによって開口部からのポリスチレンの排出を抑制して揮発性物質の蒸気のみを配管ａに効率よく排出することができる。
【００２２】
一方、本体１０の出口部付近ではポリスチレンは全て溶融状態にあり、その溶融ポリスチレンは配管ｂから熱分解装置４における反応管１４の入口部に供給される。図１に示す熱分解装置４は、細長い反応管１４の周囲に加熱部１５を配置した所謂管型の熱分解装置である。なお内部に攪拌装置を備えた槽型の熱分解装置も本発明に使用できる。
【００２３】
反応管１４はステンレス管などの耐食・耐熱性を有する金属管により構成され、その直径および長さは熱分解処理量から設定される。加熱部１５は周囲を耐火壁で構成した加熱室を備え、その加熱室の内部に反応管１４が配置される。そして図示しない加熱ガス発生装置からの高温の加熱ガスがはダクト１５ａにより加熱室の一方の端部に設けたガス供給口１５ｂに供給され、熱交換後の温度低下した排ガスが加熱室の他方の端部に設けたガス排出口１５ｃから排ガスダクト１５ｄに排出する。
【００２４】
反応管１４に供給された溶融ポリスチレンはその内部を移動する間に周囲の加熱部１５から熱分解温度以上、例えば４００℃〜７００℃程度の範囲に加熱され、次第に熱分解して熱分解物の蒸気を生成する。この熱分解物は７０％以上のスチレンを含み、そのほかにスチレンダイマー、スチレントリマー、さらに若干のトルエン、αメチルスチレン等を副生成物もしくは不純物として含む。
【００２５】
熱分解装置４の反応管１４の出口部に配管ｃが接続され、その配管ｃの先端は凝縮器５に連通し、凝縮器５には配管ｄを介して真空ポンプ等により構成した減圧手段６が接続される。凝縮器５は反応管１４の出口部から流出する熱分解物の蒸気を冷却し、スチレンを含む高沸点成分を油分として凝縮分離する。一方、凝縮しない低沸点成分は減圧手段６により吸引されて配管ｄから排出する。この低沸点成分は例えば前記加熱ガス発生装置の燃料に使用される。
【００２６】
上記のように減圧手段６を凝縮器５に接続すると、凝縮器５の内部は減圧（負圧）状態になる。さらに熱分解装置４の反応管１４は配管ｃを介して凝縮器５に連通しているので、反応管１４の内部も減圧状態になる。熱分解を減圧下に行うとポリスチレンの１次分解成分（スチレン、スチレンダイマー、スチレントリマー）以外の副生成分を抑制できる。従って熱分解は減圧の程度が大きいほど上記副生成物の抑制効果も高くなるが、減圧を過度にすると凝縮器５で熱分解物を凝縮できなくなるので、絶対圧で２〜２０ｋＰａ程度の範囲に設定することが望ましい。
【００２７】
凝縮器５の底部には配管ｅが接続され、その配管ｅの先端は第１の蒸留装置７の中段に連通する。第１の蒸留装置７は内部にラッシリング等の充填物を配置したもの、または多段構成のいずれの形式も使用できる。第１の蒸留装置７の中段に供給された油分は底部に設けたリボイラ１６からの加熱により蒸留される。そして沸点差により低沸点不純物であるトルエン等を塔頂から配管ｆに流出して図示しない回収タンクに回収し、塔底にスチレンを含む高沸点成分を分離する。
【００２８】
第１の蒸留装置７の塔底に配管ｇが接続され、配管ｇの先端は第２の蒸留装置８の中段に連通する。第２の蒸留装置８は第１の蒸留装置７と同様に構成され、沸点差により低沸点成分であるスチレンを塔頂から配管ｈに流出して図示しない回収タンクに回収し、塔底にスチレンダイマー、スチレントリマーを含む高沸点成分を重質油として分離する。なお重質油は配管ｉから図示しない回収タンクに回収され、例えば前記した加熱ガス発生装置の燃料に使用される。
【００２９】
第２の蒸留装置８で分離されたスチレンの純度は蒸留性能にもよるが９９．７０％以上であり、一般的な重合用スチレンの品質規格を十分に満足するものである。またスチレンの回収率は投入したポリスチレン重量の６０％〜７０％程度である。
【実施例１】
【００３０】
次に本発明の効果を確認するため、発泡ポリスチレンを減容および粉砕処理して顆粒状とし、揮発性物質としてＯ−キシレンをポリスチレンに対して１重量％（１００００ｐｐｍ）混合した原料を調整し、その混合物の熱分解実験を行った。なおスチレンの沸点は１４５℃であり、Ｏ−キシレンの沸点は１４１℃である。
【００３１】
実験は図１に示すプロセスフロー図に示す装置を使用し、分離装置１としての押出機１ａの加熱温度を２００℃程度、反応管１４の熱分解温度を５００℃程度、反応管１４の内部圧を５ｋＰａ程度、第１の蒸留装置７および第２の蒸留装置８の内部圧を７ｋＰａ程度、分離装置１から反応管１４に供給する溶融ポリスチレン量を１００Ｋｇ／Ｈ程度にそれぞれ設定した。また使用した押出機１ａは、ベント部１３なし、ベント部１３付き（大気圧）およびベント部１３付き（絶対圧２ｋＰａ）の３種について行った。
【００３２】
（実験結果）
【表１】
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【００３３】
実験結果からベント部のない分離装置１を使用した場合は、熱分解前の溶融ポリスチレンからＯ−キシレンが殆ど分離されず、それが精製後のスチレン中に多く残存し、スチレン純度は９８．９０％程度であった。これに対してベント部付き（大気圧）の分離装置１を使用した場合は、熱分解前の溶融ポリスチレンからＯ−キシレンの８０％以上が分離除去され、スチレン純度は９９．６０％になった。さらにベント部付き（絶対圧２ｋＰａ）の分離装置１を使用した場合は、熱分解前の溶融ポリスチレンからＯ−キシレンの９０％以上が分離除去され、スチレン純度は９９．８０％以上になった。
【００３４】
上記実験では分離装置１として１軸押出機を使用したが、２軸押出機を使用し且つ複数のベント部１３を設けた装置を使用することにより、揮発性物質の分離効率をさらに高めることが可能である。また樹脂から溶剤を蒸発分離するために使用される一般的な蒸発装置を分離装置１として使用し、廃ポリスチレン混合物から揮発性物質を蒸発分離することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のスチレンの回収方法は、廃ポリスチレンに揮発性物質が混入した廃ポリスチレン混合物から高純度のスチレンを回収するために利用できる。また本発明のスチレンの回収装置を使用することにより前記回収方法を好適に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のスチレンの回収方法を実施する装置のプロセスフロー図。
【符号の説明】
【００３７】
１  分離装置
１ａ  押出機
２  凝縮器
３  減圧手段
４  熱分解装置
５  凝縮器
６  減圧手段
７  第１の蒸留装置
８  第２の蒸留装置
９  ホッパ
１０  本体
【００３８】
１１  回転スクリュー
１２  駆動部
１３  ベント部
１４  反応管
１５  加熱部
１５ａ  ダクト
１５ｂ  ガス供給口
１５ｃ  ガス排出口
１５ｄ  排ガスダクト
１６，１７  リボイラ
ａ〜ｉ  配管
【図１】
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