(57)【要約】【課題】  ポリスチレン溶液から溶剤とスチレンを効率よく回収する。【解決手段】  ポリスチレンを溶剤に溶解したポリスチレン溶液から溶剤とスチレンを回収する際に、前記ポリスチレン溶液から溶剤を蒸発分離して回収し、溶剤が分離されたポリスチレンを熱分解して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】
ポリスチレンを溶剤に溶解したポリスチレン溶液から溶剤とスチレンを回収する方法において、前記ポリスチレン溶液から溶剤を蒸発分離して回収し、溶剤が分離されたポリスチレンを熱分解してスチレンを回収することを特徴とするポリスチレン溶液から溶剤とスチレンを回収する方法。
【請求項２】
請求項１において、ポリスチレンを熱分解して得られた分解ガスを凝縮し、その油分を蒸留して高純度のスチレンを回収することを特徴とするポリスチレン溶液から溶剤とスチレンを回収する方法。
【請求項３】
ポリスチレンを溶剤に溶解したポリスチレン溶液から溶剤とスチレンを回収する装置において、前記ポリスチレン溶液から溶剤を蒸発分離して回収する溶剤蒸発機３と、溶剤が分離されたポリスチレンを熱分解する熱分解装置を備えていることを特徴とする回収装置。
【請求項４】
請求項３において、前記熱分解装置は、ポリスチレンを熱分解する熱分解器１２と、熱分解によって得られた分解ガスを凝縮する凝縮器１４と、凝縮により得られた油分を蒸留してスチレンを回収する蒸留装置２０を備えていることを特徴とする回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発泡スチロール等の嵩密度の低い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から溶剤と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】
工場や一般家庭から排出されるプラスチック、いわゆる廃プラスチックの多くは熱分解して燃料や化学原料のモノマーとして回収される。廃プラスチックには種々の種類が混在しているので、通常、これら各種の廃プラスチックを種類ごとに分別して熱分解に供される。従来知られている熱分解方法としては、例えば特許文献１、特許文献２に記載された技術が知られている。
【０００３】
排出される廃プラスチックの種類としては、ポリスチレン、スチレンとブタジエンやアクリル等との共重合体などのスチレン系樹脂（以下、これらを単にポリスチレンという。）が多い。廃ポリスチレンには、射出成形やブロー成形した硬質もしくは軟質の非発泡ポリスチレンと発泡成形した発泡ポリスチレンが含まれる。
【０００４】
硬質もしくは軟質の非発泡ポリスチレンは嵩密度が大きいので一次集積場や熱分解施設への運搬、保管、または取扱い等にそれほど問題はないが、発泡ポリスチレンは嵩密度が著しく小さいので運搬等の効率は極めて低い。そこで従来から、発泡ポリスチレンを例えば一次集積場などに設置した容器内で溶剤に溶解して減容し、得られたポリスチレン溶液を熱分解施設へ運搬して熱分解することが多い。
【０００５】
ポリスチレンを溶解できる溶剤には、スチレン、ベンゼン、トルエン、キシレン等があるが、溶解能力やコスト的な有利性から、最近はリモネンを主成分とする溶剤が多用されている。このリモネンは溶剤重量とほぼ同容量のポリスチレンを溶解する能力があり、大量のポリスチレンを溶解した状態のポリスチレン溶液は高粘度のゲル状を呈する。
【０００６】
ポリスチレンを溶剤に溶解したポリスチレン溶液は熱分解装置で熱分解できる。一般的な熱分解装置は熱分解器、凝縮器および蒸留装置等により構成されるが、熱分解器で得られた分解ガスは凝縮器で冷却により凝縮され、凝縮成分である油分は例えば２本の蒸留塔により構成した蒸留装置で蒸留してスチレンモノマーを回収する。
【０００７】
ポリスチレンを減容するために用いられる溶剤は比較的価格が高いので、最終的には何らかの方法で回収して再使用することが望ましい。通常、ポリスチレン溶液を熱分解器に供給すると、それに含まれる溶剤は熱分解器で蒸発し、分解ガスと共に流出して凝縮器で凝縮される。そして凝縮した溶剤はスチレンモノマー成分と共に蒸留装置に供給され、そこで蒸留操作により回収される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３０２５６３号公報
【特許文献２】特開２００１−３３５６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
溶剤としてスチレンを用いた場合には、上記蒸留装置でスチレンモノマー成分と同条件で蒸留できるので、その蒸留操作は容易である。しかし溶剤としてリモネン等を用いた場合には、スチレンの分離回収とは別の蒸留塔が更に２本必要になるので、コスト的に不利になる。そこで本発明はかかる問題を解決することを課題とし、そのための新しい溶剤と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】
【００１０】
前記課題を解決する本発明に係る回収方法は、ポリスチレンを溶剤に溶解したポリスチレン溶液から溶剤とスチレンを回収する方法である。そして本方法は、前記ポリスチレン溶液から溶剤を蒸発分離して回収し、溶剤が分離されたポリスチレンを熱分解してスチレンを回収することを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
上記回収方法において、ポリスチレンを熱分解して得られた分解ガスを凝縮し、その油分を蒸留して高純度のスチレンを回収することができる（請求項２）。
【００１２】
また、前記課題を解決する本発明に係る回収装置は、ポリスチレンを溶剤に溶解したポリスチレン溶液から溶剤とスチレンを回収する装置である。そして本装置は、前記ポリスチレン溶液から溶剤を蒸発分離して回収する溶剤蒸発機と、溶剤が分離されたポリスチレンを熱分解する熱分解装置を備えていることを特徴とする（請求項３）。
【００１３】
上記回収装置において、前記熱分解装置は、ポリスチレンを熱分解する熱分解器と、熱分解によって得られた分解ガスを凝縮する凝縮器と、凝縮により得られた油分を蒸留してスチレンを回収する蒸留装置を備えることができる（請求項４）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る回収方法によれば、蒸留装置を複雑化することなく、ポリスチレン溶液から溶剤とスチレンを効率よく回収することができる。その際、分解ガスを凝縮してその油分を蒸留することにより、高純度のスチレンモノマーを回収することができる。また本発明に係る回収装置を用いることにより、上記回収方法を効率よく実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、図面を参照して本発明の回収方法および回収装置の最良の実施形態を説明する。図１、図２は本発明に係る回収方法を実施する装置のプロセスフロー図である。先ず図１において、熱分解施設にポリスチレンを溶剤で溶解して得られたポリスチレン溶液の貯蔵タンク１が設置される。貯蔵タンク１にはギアポンプ等の高粘度用の移送ポンプ２を設けた配管２ａが接続され、配管２ａの先端は溶剤蒸発機３に接続される。
【００１６】
溶剤蒸発機３の上部には分離された溶剤を排出する排出部が設けられ、その排出部は配管４を経て凝縮器（コンデンサ）５に連通する。凝縮器５には凝縮した溶剤を回収する配管６と非凝縮ガスを排出する配管７が接続され、配管７の途中には真空ポンプ等の減圧手段８が設けられる。
【００１７】
溶剤蒸発機３の底部に溶剤を分離したポリスチレンを排出する排出管９が接続され、その排出管９の先端は供給装置１０の入口部に連通する。供給装置１０の出口部は断熱材で被覆した配管１１に接続され、配管１１の先端は管型の熱分解器１２の入口部１２ａに接続される。
【００１８】
さらに熱分解器１２の出口部１２ｂには配管１３が接続され、配管１３の先端は凝縮器（コンデンサ）１４に連通する。凝縮器１４の底部には凝縮した油分を排出する配管１５が接続され、配管１５の先端は図２に示す蒸留装置に連通する。また凝縮器１４の上部には非凝縮ガスを排出する配管１６が接続され、配管１６の途中に真空ポンプ等の減圧手段１７が設けられる。
【００１９】
次に図２において、凝縮器１４からの配管１５にはポンプ１６が設けられ、その出口側は蒸留装置２０を構成する第１蒸留塔２１の中段に連通する。第１蒸留塔２１の下部にスチームで加熱されるリボイラ２２が設けられ、リボイラ２２部分、すなわち第１蒸留塔２１の底部付近にはポンプ２３を設けた配管２４が接続される。第１蒸留塔２１の頂部に配管２５が接続され、配管２５の先端は第１凝縮器２６に連通する。
【００２０】
第１凝縮器２６の底部にポンプ２７を設けた配管２８が接続され、配管２８から分岐した還流管２９の先端が第１蒸留塔２１の上部に連通し、さらに配管２８から分岐した回収管３０に逆止弁３１が設けられる。なお回収管３０の先端は重質油回収タンク４１に連通する。一方、第１凝縮器２６の上部には圧力調整弁３２を設けた配管３３が接続され、配管３３の先端は真空ポンプ等の減圧手段３４に連通する。
【００２１】
第１蒸留塔２１からの配管２４の先端は第２蒸留塔３５の中段に連通する。第２蒸留塔３５の下部にスチームで加熱されるリボイラ３６が設けられ、リボイラ３６部分、すなわち第２蒸留塔３５の底部付近には冷却器３７、ポンプ３８および逆止弁３９を順に設けた配管４０が接続され、配管４０の先端は重質油回収タンク４１に連通する。また第２蒸留塔３５の頂部に配管４２が接続され、配管４２の先端は第２凝縮器４３に連通する。
【００２２】
第２凝縮器４３の底部に配管４４が接続され、配管４４から分岐した還流管４５の途中にポンプ４６が設けられ、その先端が第２蒸留塔３５の上部に連通する。さらに配管４４から分岐した回収管４７に冷却器（例えばＳＭ冷却器）４８が設けられ、その先端はモノマー回収タンク４９に連通する。一方、第２凝縮器４３の上部には圧力調整弁５１を設けた配管５０が接続され、配管５０の先端は真空ポンプ等の減圧手段３４に連通する。
【００２３】
次に上記回収装置を構成する各機器を具体的に説明する。溶剤蒸発機３は遠心薄膜式の蒸発機を用いることができる。遠心薄膜式の蒸発機は図１に示すように、円筒状の容器内に回転羽根を有するスクレーパ６０を設け、そのスクレーパ６０の軸は容器上部に配置した減速装置付きモータ等の駆動部６１の駆動軸に連結される。なお容器の周囲には図示しない加熱部が設けられ、容器を外部から２００℃程度に加熱するようになっている。そして容器の上部から供給されるゲル状のポリスチレン溶液は、スクレーパ６０による遠心力で容器の内壁を薄膜状となって下降し、その間に外部からの加熱により低沸点成分である溶剤が蒸発する。
【００２４】
供給装置１０は一般にプラスチックの射出成型に用いられる押出装置を利用することができる。押出装置はポリスチレンをヒータで加熱溶融し、溶融ポリスチレンを押出す溶融押出部６３を備え、溶融押出部６３はヒータ付の筒体６４とその内部に配置したスクリュー６５を備え、スクリュー６５は駆動部６６により回転駆動される。
【００２５】
熱交換器１２には槽型と図示のような管型がある。槽型の熱分解器１２は底部が円錐形に形成された筒状の槽本体に攪拌および残渣掻き取り用のスクレーパを設け、周囲から加熱される槽内でポリスチレンを熱分解するもので、ある程度の時間をかけて一度に大量のポリスチレンをバッチ的に熱分解するのに適している。
【００２６】
一方、管型の熱分解器１２は図示のように熱分解部が細長い反応管６７で構成され、その中をポリスチレンが通過する間に周囲から加熱されて熱分解し、槽型の場合より少量のポリスチレンを連続的に熱分解するのに適している。なお管型の熱分解器１２を用いる場合は、前記のような供給装置１０から溶融ポリスチレンを供給する方法が好ましい。
【００２７】
図示のような管型の熱分解器１２は、ステンレス等の耐熱性および伝熱性のよい金属管で作られた直径５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度、長さ５ｍ〜数十ｍ程度から選択される細長い反応管６７と、反応管６７の周囲を覆うようにして設けた加熱部６８を備えている。なお反応管６７の直径および長さは上記範囲に限らず、必要とする処理量に応じて変えることができる。
【００２８】
熱分解器１２はその熱分解時の温度が高いほど熱分解効率が高くなり、さらに、熱分解に際してエチルベンゼンやトルエン等の副生物の生成を抑制し、化学原料としての高純度のスチレンモノマーを高収率で得るには減圧状態で熱分解することが望ましい。なお加熱部６８を流通する加熱ガスによりポリスチレンは加熱されて熱分解するが、加熱部６８への加熱ガスの供給源として、液体燃料または気体燃料を燃焼して高温の燃焼ガスを発生する加熱ガス発生装置（図示せず）が別途設けられる。
【００２９】
凝縮器５，１４、第１凝縮器２６および第２凝縮器４３の内部には図示しない冷却管が配置され、その冷却管に冷却水が流通する。そして供給されたガス成分は冷却管の表面で熱交換し、高沸点成分が凝縮して油分となって底部に滞留し、低沸点成分が非凝縮ガスとして上部に滞留する。また第１蒸留塔２１および第２蒸留塔３５は多段の棚またはラッシリングを充填した一般的な蒸留塔を使用することができるが、高い効率でスチレンモノマー等を分離回収するには、減圧状態で蒸留操作をすることが好ましい。
【００３０】
次に上記回収装置によりポリスチレン溶液から溶剤とスチレンを回収する方法を説明する。先ず溶剤蒸発機３、供給装置１０、熱分解系統および蒸留系統は運転可能な状態に立ち上げる。すなわち、減圧手段８を運転して凝縮器５、溶剤蒸発機３およびそれらを連通する配管系を減圧状態とし、溶剤蒸発機３の温度を２００℃程度に昇温する。また供給装置１０の溶融部を加熱しておく。
【００３１】
さらに減圧手段１７を運転すると共に、配管１１に設けたガス導入部（図示せず）から窒素等の不活性ガスを導入し、熱分解器１２、凝縮器１４およびそれらを連通する配管系の内部の酸素を不活性ガスで置換する。熱分解系が酸素不存在状態になったら不活性ガスの導入を停止し、減圧手段１７に設けた減圧弁（図示せず）を調整して熱分解器１２の内圧を３〜２０ｋｐａ、好ましくは１０ｋｐａ程度の減圧状態にする。さらに加熱部６８に図示しない加熱ガス発生装置からの加熱ガスを導入し、反応管６７の温度、すなわち熱分解温度を５００℃〜８００℃程度の範囲に昇温する。
【００３２】
さらに減圧手段３４を運転し、前記の同様な方法で第１蒸留塔２１、第２蒸留塔３５およびそれらを連通する配管系を不活性ガスで置換すると共に、５〜１０ｋｐａ程度の減圧状態にする。さらにリボイラ２２、３６に加熱源、例えばスチームを供給して第１蒸留塔２１および第２蒸留塔３５を所定の蒸留温度に昇温する。なお第１蒸留塔２１の減圧レベルは圧力調整弁３２で調整し、第２蒸留塔３５の減圧レベルは圧力調整弁５１で調整する。
【００３３】
次にポリスチレンの熱分解操作について説明する。溶剤としてリモネンを用いて発泡ポリスチレンを溶解し、得られたゲル状のポリスチレン溶液を例えばタンクローリ等の運搬手段で熱分解施設に運び、貯蔵タンク１に一時的に貯蔵する。貯蔵タンク１のポリスチレン溶液は移送ポンプ２で溶剤蒸発機３に供給し、そこで２００℃程度の温度に加熱してポリスチレンから溶剤を蒸発分離する。ガス状で分離された溶剤は配管４を経て凝縮器５に流出して冷却し、凝縮した溶剤は図示しない溶剤回収タンクに回収される。
【００３４】
一方、溶剤蒸発機３で溶剤を分離したポリスチレンは配管９を流下し、下部に配置した供給装置１０の溶融部６２に供給される。溶融部６２ではポリスチレンが１５０℃〜２００℃程度の温度で加熱されて溶融し、溶融押出部６３から配管１１に押出される。配管１１に押出された溶融ポリスチレンは熱分解器１２の入口部１２ａ、すなわち反応管６７の先端部に流入し、反応管６７を通過する間に周囲から加熱されて熱分解する。
【００３５】
反応管６７内で生成した分解ガスは分解残渣と共に熱分解器１２の出口部１２ｂ、すなわち反応管６７の後端部から流出し、分解残渣はその後端部に設けた滞留部（図示せず）で分離され、分解ガスが配管１３に流出する。反応管６７の温度および減圧レベルを前記状態に維持し、スチレンポリマーからなる溶融ポリスチレンを熱分解すると、スチレンモノマー７０重量％、スチレンダイマー１０重量％前後、スチレントリマー１０重量％前後、トルエン、エチルベンゼン、αメチルスチレンその他副生物２重量％程度の分解ガスが得られる。
【００３６】
配管１３に流出した分解ガスは凝縮器１４に供給され、そこで冷却されてスチレンモノマーを含む比較的高沸点の成分が凝縮し、油分として配管１５から蒸留装置２０に供給される。凝縮器１４で凝縮しない低沸点成分は減圧手段１７で吸引して配管１６から図示しない回収タンクにガス成分として回収される。なお、このガス成分は前記加熱ガス発生装置の燃料として供給することができる。
【００３７】
次に蒸留操作により高純度のスチレンを回収する方法を説明する。凝縮器１４からの油分は配管１５のポンプ１６を運転することによって第１蒸留塔２１の中段に供給され、そこで蒸留される。第１蒸留塔２１の蒸留操作によって分離された低沸点成分は塔頂から配管２５を経て第１凝縮器２６に流出する。この低沸点成分は第１蒸留塔２１への供給量の３〜５重量％程度のトルエン、エチルベンゼン、αメチルスチレン等を含むものであり、第１凝縮器２６で冷却されてその中の比較的沸点の高い成分が油分として凝縮する。また凝縮しない比較的低沸点の成分は配管３３から減圧手段３４を経て図示しない回収タンクに回収される。
【００３８】
第１凝縮器２６で生成した油分はポンプ２７を運転することにより配管２８から流出し、一部は還流管２９から第１蒸留塔２１の上部に還流し、残りは配管３０から重質油回収タンク４１に回収される。なお第１蒸留塔２１の還流比は配管２９に設けた調整弁（図示せず）を調整することにより例えば２０〜１００程度に設定される。
【００３９】
第１蒸留塔２１の塔底部には蒸留分離されたスチレンモノマーを含む高沸点成分が滞留し、その高沸点成分はポンプ２３を運転することにより配管２４から第２蒸留塔３５の中段に供給され、そこでさらに蒸留される。第２蒸留塔３５の蒸留操作によって分離される低沸点成分は塔頂から配管４２を経て第２凝縮器４３に流出し、そこで冷却されて比較的高沸点の成分が油分として凝縮する。また凝縮しない比較的低沸点の成分は配管５０から減圧手段３４を経て図示しない回収タンクに回収される。
【００４０】
第２凝縮器４３で生成した油分は配管４４から流出し、ポンプ４６を運転することによりその一部が還流管４５から第２蒸留塔３５の上部に還流する。第２蒸留塔３５の還流比は配管４５に設けた調整弁（図示せず）を調整することにより例えば２〜５程度に設定される。配管４４から流出する残りの油分は配管４７に設けた冷却器４８で冷却されモノマー回収タンク４９に回収される。なおモノマー回収タンク４９に回収されるスチレンモノマーは９９．９％程度の高純度であり、その回収率は熱分解器１２に供給した溶融ポリスチレンのおよそ７０重量％となる。
【００４１】
第２蒸留塔３５の塔底部には蒸留分離された高沸点成分が滞留し、その高沸点成分はポンプ３８を運転することにより配管４０から流出し、冷却器３７で冷却して重質油回収タンク４１に回収される。なお重質油回収タンク４１に回収される重質油は、熱分解器１２に供給される溶融ポリスチレンの２０〜３０重量％程度であり、前記リボイラ２２，３６の熱源であるスチームを発生する蒸気発生装置や前記加熱ガス発生装置の燃料として使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る回収方法および回収装置は、発泡ポリスチレンを溶剤で溶解して得られたポリスチレン溶液から効率よく溶剤とスチレンを回収するために有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る回収方法を実施する装置の熱分解部分を示すプロセスフロー図。
【図２】本発明に係る回収方法を実施する装置の蒸留部分を示すプロセスフロー図。
【符号の説明】
【００４４】
１  貯蔵タンク
２  移送ポンプ
２ａ  配管
３  溶剤蒸発機
４  配管
５  凝縮器
６，７  配管
８  減圧手段
９  排出管
１０  供給装置
【００４５】
１１  配管
１２  熱分解器
１２ａ  入口部
１２ｂ  出口部
１３  配管
１４  凝縮器
１５，１６  配管
１７  減圧手段
２０  蒸留装置
【００４６】
２１  第１蒸留塔
２２  リボイラ
２３  ポンプ
２４，２５  配管
２６  第１凝縮器
２７  ポンプ
２８  配管
２９  還流管
３０  回収管
【００４７】
３１  逆止弁
３２  圧力調整弁
３３  配管
３４  減圧手段
３５  第２蒸留塔
３６  リボイラ
３７  冷却器
３８  ポンプ
３９  逆止弁
４０  配管
【００４８】
４１  重質油回収タンク
４２  配管
４３  第２凝縮器
４４  配管
４５  還流管
４６  ポンプ
４７  回収管
４８  冷却器
４９  モノマー回収タンク
５０  配管
【００４９】
５１  圧力調整弁
６０  スクレーパ
６１  駆動部
６２  溶融部
６３  溶融押出部
６４  筒体
６５  スクリュー
６６  駆動部
６７  反応管
６８  加熱部
【図１】
2005060471.tif 000003
【図２】
2005060471.tif 000004