【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリスチレン、特に廃ポリスチレンを酸素不存在下に熱分解装置で熱分解して燃料や化学原料として回収する熱分解方法および熱分解システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場や家庭などからは多量のプラスチック類が排出されるが、これら廃プラスチックは有用な資源としてリサイクルするため回収される。回収される廃プラスチックにはスチレン系のプラスチックが多い。スチレン系のプラスチックにはポリスチレン（スチレンホモポリマー）のほかにＡＳ樹脂やＡＢＳ樹脂のようなスチレン共重合体（スチレンコポリマー）があるが、これらスチレン系プラスチック（以下、本発明ではこれらをまとめて単にポリスチレンと呼ぶ。）は酸素不存在下に低分子量に熱分解して燃料や化学資源として回収することが容易なプラスチックである。
【０００３】
廃ポリスチレンには家電製品や通信機器のケーシング等の射出成形品やブロー成形品などの非発泡ポリスチレンと、食品トレイ、梱包材、緩衝材などの発泡ポリスチレンがあるが、前者の非発泡ポリスチレンはそのまま又は粉砕した状態で熱分解装置により熱分解されるか、あるいは溶融押出機で溶融ポリスチレンにしてから熱分解装置により熱分解される。また後者の発泡ポリスチレンは溶剤などにより減容積してから同様に熱分解装置により熱分解される。
【０００４】
熱分解装置には槽型と管型がある。槽型の熱分解装置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パーを設け、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。
一方、管型の熱分解装置は熱分解部が細長い反応管であり、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するもので、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。
【０００５】
上記いずれの熱分解装置においても、熱分解時の温度が高いほど熱分解効率が高くなり、また熱分解により化学原料である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。このように減圧状態でポリスチレンを熱分解し、エチルベンゼンやトルエン等の副生物の生成を抑制する技術は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１９９８７５号公報
【０００７】
また、いずれの熱分解装置であってもその槽または反応管の周囲に加熱部が設けられ、その加熱部によりポリスチレンを加熱して熱分解する。そして熱分解装置の排出部から流出する分解ガスを主成分とする流出物は、排出部に接続された配管を経て他の設備、例えば水冷式または空冷式の凝縮器に供給され、そこで冷却されて凝縮した油分を回収する。なお分離した油分は蒸留装置などに供給し、蒸留してスチレンモノマーを回収することができる。また分解ガス等を配管から凝縮器を通さず直接蒸留設備に供給することもある。
【０００８】
管型の熱分解装置の場合には、前記のように反応管の入口部から導入したポリスチレンがその内部を通過する間に熱分解され、出口部から分解ガスを主成分とする流出物が流出する。そして反応管の出口部に流出物を排出する配管をそのまま接続する場合と、反応管の出口部に反応管より断面積の大きい熱分解滞留槽を連結し、その熱分解滞留槽の上部に設けた出口部に配管を接続する場合がある。そして前者の場合は出口部がそのまま熱分解装置の排出部となり、後者の場合は熱分解滞留槽の出口部が熱分解装置の排出部となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように熱分解装置でポリスチレンを熱分解する場合、熱分解を高温状態で行うと熱分解効率が高くなり、また熱分解を減圧状態で行うと副生物の生成が抑制されてスチレンモノマーを高収率で回収することができる。しかしポリスチレンを高温状態で熱分解すると、熱分解装置の排出部から配管に流出する流出物の温度が上昇し、それに比例して下流側に位置する前記配管の内部温度も上昇する。
【００１０】
熱分解装置の内部ではポリスチレンを熱分解するために必要な最低温度、すなわち熱分解温度よりある提訴高めの余裕を持った温度で熱分解を行うが、そのような高温で熱分解することにより、その流出物で加熱される前記配管の内部温度も熱分解温度以上になることが多い。前記配管の内部温度がポリスチレンの熱分解温度以上になっていると、流出物に含まれる未分解ポリスチレンがそこで熱分解され、一部は前記配管の内壁に炭化物として付着する。また流出物に含まれる分解残渣等の不純物が前記配管の内壁に汚染物として付着する。さらに熱分解装置を減圧状態で行うと流出物の速度も大きくなり、それに伴って未分解ポリスチレンや不純物の流出割合が多くなり、前記配管の内壁への炭化物や汚染物の付着量も増加する。
【００１１】
熱分解装置は内部に付着する炭化物（もしくはコーキング）や分解残渣等を除去して外部に排出できるようになっているが、前記配管は内径が小さく長さも大きいため、その内壁に付着した炭化物や汚染物を排出する機構を特別に設けることはない。そのため前記配管の内壁に付着する炭化物や汚染物の層が次第に成長して流通容量が減少する。また場合によっては閉塞事故を発生することもある。そこで本発明はこのような配管内壁における炭化物や汚染物の付着問題を解決することを課題とし、そのための新しい熱分解方法および熱分解システムの提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の熱分解方法は、ポリスチレンを酸素不存在下に熱分解装置で熱分解し、熱分解装置の排出部からの流出物を他の設備へ配管で搬送する際に、排出部に接続または該排出部に短管を介して接続した冷却器により前記流出物を冷却し、配管の内部温度がポリスチレンの熱分解温度に達しないようにすることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
上記熱分解方法において、熱分解装置におけるポリスチレンの熱分解時の温度を６００℃〜８００℃、圧力を２ｋＰａ〜１０ｋＰａとすることができる（請求項２）。
【００１４】
また課題を解決する本発明の熱分解システムは、ポリスチレンを酸素不存在下に熱分解する熱分解装置と、熱分解装置の排出部に接続または該排出部と短管を介して接続した冷却器と、熱分解装置の排出部からの流出物を他の設備へ移送するために前記冷却器の出口側に接続された配管を備え、前記冷却器は配管の内部温度がポリスチレンの熱分解温度に達しないように排出部からの流出物を冷却するように構成されていることを特徴とする（請求項３）。
【００１５】
上記熱分解システムにおいて、前記冷却器は下側に入口部と上側に出口部を有し、入口部から流入した前記流出物が内部のガス通路を上昇して出口部から排出する間に冷却するように構成することが出来る（請求項４）。
【００１６】
さらに、上記いずれかの熱分解システムにおいて、前記冷却器に設けたガス通路の断面積を前記配管の断面積より大きくすることができる（請求項５）。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は本発明の熱分解システムのプロセスフロー図である。本実施形態では熱分解装置１として管型の熱分解装置１を使用している。この熱分解装置１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２と、反応管２の周囲を覆うようにして設けた加熱部３と、反応管２の出口部５に連通する熱分解滞留槽６を備えている。なお熱分解滞留槽６の断面積は反応管２の３〜５倍程度とされ、図示の例は縦型であるが場合によっては横型でもよい。
【００１８】
前記熱分解滞留槽６は縦型の槽からなり、その側部に前記反応管２の出口部５が連通し、上部に設けた出口部が排出部７を構成し、その排出部７に短管ｂが接続される。また熱分解滞留槽６の底部に設けた残渣排出部８には開閉弁９を有する配管ｃが接続され、その配管ｃの先端が回収容器１０に開口する。なお配管ｃには高温の分解残渣が排出するが、その排出物が内部で凝固しないように、配管ｃの周囲を断熱材で覆って保温することが望ましい。場合によっては、ヒータ加熱制御することも望ましい。一方、熱分解滞留槽６の内部には攪拌装置１１が設けられ、その回転軸が槽頂部を貫通して外部の可逆モータ等の正逆回転可能な駆動部１２に連結される。
【００１９】
加熱部３は加熱ガス通路３ａを有し、その周囲はセラミックファイバーやキャスタブル等の断熱材により断熱されている。そして加熱ガス発生装置１３からダクトＤ１を経て供給される加熱ガスは、加熱ガス通路３ａを流通する間に反応管２を周囲から加熱し、反応管２と熱交換した排ガスはダクトＤ２から排出するようになっている。なお加熱ガス発生装置１３は液体燃料または気体燃料を燃焼するバーナ１４を備え、燃焼により発生する高温の燃焼ガスを加熱ガスとして加熱部３に供給する。
【００２０】
反応器２の入口部４は配管ａを介してプラスチックの供給装置１５に接続される。供給装置１５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が、この供給装置１５はホッパ１６（ホッパは内部に攪拌装置またはブリッジブレーカを設けたものでも良い）と、ホッパ１６の下部に連結した溶融部１７と、溶融部１７に連結された押出部１８を備えている。
【００２１】
非発泡ポリスチレンは粉砕機等により細かいポリスチレン片に粉砕され、発泡ポリスチレンは溶剤等により減容積処理されてからポリスチレン片に粉砕され、いずれの場合も空気搬送装置やコンベアによりホッパ１６に供給される。ホッパ１６のポリスチレン片は溶融部１７に導入され、そこで電気ヒータで２００℃〜２５０℃程度に加熱されて溶融し、溶融ポリスチレンが押出部１８の先端から配管ａに押出される。なお押出部１８は細長い筒体の中に配置したスクリュ１９とそれを回転駆動する駆動部２０により構成される。
【００２２】
前記短管ｂは数ｃｍ〜数十ｃｍ程度の径を有し、熱分解装置１の排出部７から垂直もしくはそれに近い傾斜角をもって立ち上がり、冷却器２１に接続される。なお短管ｂはスペースの関係上、冷却器２１を直接排出部７に接続出来ない場合に有用であるが、接続可能な場合は短管ｂを省略することもできる。
【００２３】
冷却器２１は前記流出部７からの流出物をポリスチレンの熱分解温度以下、好ましくは熱分解温度より余裕を持った低い温度に冷却するもので、縦型のガス通路２２と、ガス通路２２の底部に設けた入口部２３と、ガス通路２２の頂部に設けた出口部２４と、ガス通路２２の周囲に設けた冷却用のジャケット２５を備えている。なお後述する理由から、ガス通路２２の断面積を配管ｆの断面積より大きくすることが望ましい。
【００２４】
排出部７からの流出物は冷却器２１の入口部２３より流入し、ガス通路２２を上昇して出口部２４から排出する間にポリスチレンの熱分解温度以下に冷却される。ガス通路２２の寸法は冷却すべき流出物の流量等により決定されるが、例えば前記ガス通路２２は長さを２〜５Ｍ程度、断面積を反応管２の３〜５倍程度の範囲から選択できる。なお本実施形態では管径３００ｍｍ、長さ２ｍの金属管を縦方向に配置してガス通路２２を構成し、その周囲を冷却用のジャケット２５で囲むことにより冷却器２１を構成している。
【００２５】
前記ジャケット２５には冷却水を供給する配管ｄと熱交換により暖められた冷却水を排出する配管ｅが接続され、配管ｄに電動駆動式、油圧や空気圧駆動式等の調整弁２６が設けられる。調整弁２６は温度制御器２７からの制御信号により駆動し、温度制御器２７は冷却器２１の出口部２４付近の温度を測定する温度測定器２８からの温度測定値が予め設定された設定値、例えば２５０℃〜３００℃程度になるように、流量調整弁２６に制御信号を出力する。
【００２６】
冷却器２１の出口部２４には配管ｆが接続される。本実施形態ではこの配管ｆの先端が他の設備としての凝縮器２９に連通しており、冷却器２１で冷却された熱交換装置１からの流出物がこの配管ｆを通って凝縮器２９に供給される。凝縮器２９は内部に冷却管を配置した冷却室を有し、底部に凝縮した油分を排出する配管ｇが接続され、上部に真空ポンプ等の減圧装置３１を設けた配管ｈが接続される。
【００２７】
冷却器２１から配管ｆへの流出物には未分解ポリスチレンや不純物が残存する場合があるので、それらが凝縮器２１の冷却管に直接当たって付着し、その冷却能力を低下させないように、配管ｆを水平方向から凝縮器２１の側部上方に接続し、それによって流出物を緩やかな流れとして凝縮器２１内に導入することが望ましい。
【００２８】
凝縮器２０の底部に接続した配管ｇの先端は密閉型の沈殿槽３０に連通している。沈殿槽３０の下部はテーパ状に縮小し、その底部に沈殿物を排出する配管ｉが接続され、配管ｉには開閉弁３２が設けられる。また沈殿槽３０の側部にポンプ３３を設けた配管ｊが接続され、その配管ｊの先端は第１蒸留装置３４の中段に連通する。この沈殿槽３０は後述するように、凝縮器２９から流出する未分解ポリスチレンや不純物を油分との比重差で沈殿して分離するものであり、そのため凝縮器２９からの流入物により下方の沈殿物が攪拌されて浮き上がらない程度の内容積を有することが望ましい。なお前記凝縮器２９と沈殿槽３０の両者を一体的に組み合わせて構成することもできる。
【００２９】
第１蒸留装置３４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、塔上部にベンゼンやトルエン等の低沸点成分を流出する配管ｋが接続され、塔底部にスチレンを含む高沸点成分を排出する配管ｌが接続される。そして配管ｌにはポンプ３５が設けられ、その先端は第２蒸留装置３６の中段に連通する。第２蒸留装置３６は前記第１蒸留装置３４と同様な構造の蒸留塔を使用できる。第２蒸留装置３６の上部にはスチレンを流出する配管ｎが接続され、塔底部にはスチレンダイマーやトリマーを含む重質成分を流出する配管ｏが接続され、その配管ｏに移送用のポンプ３７が設けられる。
【００３０】
なお前記熱分解装置１の加熱部３からダクトＤ２で排出される排ガスは、第１蒸留装置３４および第２蒸留装置３６の加熱源として利用することができる。さらに第１蒸留装置３４の配管ｋから回収した低沸点成分や第２蒸留装置３６の配管ｏから回収した高沸点成分は、前記加熱ガス発生装置１３のバ−ナ１４に供給して燃料として利用することができる。
【００３１】
次に、本発明の熱分解システムによりポリスチレンを熱分解する方法について説明する。最初に熱分解の準備を行う。減圧装置３１を運転し、減圧状態にする。さらに加熱ガス発生装置１３を運転して加熱部３に加熱ガスを供給し、反応管２を熱分解に適した温度まで昇温する。
【００３２】
熱分解に適した温度は、前記したポリスチレンの熱分解に必要な最低温度、すなわちポリスチレンの熱分解温度より余裕のある高めの温度、例えば６００℃〜８００℃、好ましくは７００℃から８００℃程度の温度範囲とする。なお前記加熱ガス発生装置１３から供給される加熱ガスの温度は、高いほど望ましい。
【００３３】
一方、反応管２の内部は前記のように副生物抑制の観点から減圧状態で運転することが望ましいが、減圧装置３１の吸引力調整により所望の減圧条件、例えば２ｋＰａ〜１０ｋＰａ程度の減圧条件に維持することにより、副生物の生成を常圧で熱分解する場合の１／１０以下にすることができる。そしてこれら操作と共に、供給装置１５を運転して溶融ポリエチレンを反応管２に供給可能な状態とし、冷却器２１に冷却水を流して流出物を冷却可能な状態とすることにより熱分解の準備が整う。
【００３４】
熱分解の準備が整ったら配管ａに設けた開閉弁（図示せず）を開け、供給装置１５で生成した溶融ポリスチレンを反応管２の入口部４に供給する。溶融ポリスチレンは反応管２の内部を移動する間に周囲から加熱されて熱分解し、低分子の分解ガスが生成する。そして分解ガスを主成分とし、それに若干の未分解ポリスチレンと不純物を含んだ流出物が反応管２の出口部５から熱分解滞留槽６に流入する。熱分解滞留槽６の周囲前記加熱部３で覆われ、その内部は反応管２とほぼ同じ温度状態になっているので、流入した未分解ポリスチレンの殆どはそこで加熱され、且つ、攪拌装置１１のスクリュにより攪拌されつつ、熱分解して低分子の分解ガスに変換する。
【００３５】
熱分解滞留槽６には流入した分解残渣や不純物の殆どが滞留するので、長時間運転を続けるとそれら分解残渣や不純物が熱分解滞留槽６の下部に次第に堆積してくる。そこで定期的に開閉弁９を開け、配管ｃから堆積した分解残渣や不純物を回収容器１０に排出する。なお排出の際には攪拌装置１１を逆回転してそのスクリュにより分解残渣や不純物を強制的に配管９に押出すことにより、排出時間を節約することができる。
【００３６】
熱分解滞留槽１０に滞留中に分解しなかった未分解ポリスチレンおよび不純物の一部は、前記のように分解ガスに同伴して排出部７から短管ｂに流出する。短管ｂ内の流出物の温度は熱分解温度以上になっているが、管長が極めて短いので炭化物生成による影響は殆どない。そして短管ｂの流出物は直ちに冷却着２１に流入し、そこで熱分解温度以下に冷却されてから配管ｆに流出する。
【００３７】
本実施形態では冷却器２１を縦型の槽状に形成し、排出部７からの流出物が下側の入口部２３から流入しガス通路２２を上昇して出口部２４から排出する間に冷却されるように構成されているので、排出部７からの流出物に含まれている未分解ポリスチレンや不純物等の細かい固形物が配管ｆ側へ流出することをより効果的に抑制できる。
【００３８】
さらに、前記のように冷却器２１におけるガス通路２２の断面積を反応管２より大きくすることによって、ガス通路２２を流通する流出物の流速を低下させ、排出部７からの流出物に含まれている未分解ポリスチレンや不純物等の細かい固形物が配管ｆ側へ流出することをより効果的に抑制すると共に、流出物の冷却効果を増大することができる。
【００３９】
上記冷却器２１による流出物への冷却作用により、配管ｆ側への流出物の温度はポリスチレンの熱分解以下になるので、熱分解装置１から距離のある凝縮器２９までの長い配管ｆの内壁に炭化物や汚染物が付着することを防止できる。そして凝縮器２９に流入した流出物をそこで冷却し、高沸点成分を油分として配管ｇをから沈殿槽３０に回収し、低沸点成分を減圧装置２９で吸引して配管ｈから排出する。
【００４０】
流出物に僅かに残存する未分解ポリスチレンや不純物は凝縮器２９で高沸点成分と共に沈殿槽３０に流入し、比重差によりその底部に沈殿する。そして沈殿物がある程度蓄積したら開閉弁３２を開けて配管ｉから外部に回収する。
【００４１】
沈殿槽３０に流入した高沸点成分はポンプ３３により配管ｊから第１蒸留装置３４に供給され、そこで蒸留分離されたベンゼンやトルエン等の低沸点成分が配管ｋから外部から流出し、スチレンを含む高沸点成分はポンプ３５により配管ｌから第２蒸留装置３６に供給される。そして第蒸留装置２６で蒸留分離されたスチレンは配管ｎから回収され、スチレンダイマーやトリマーを含む高沸点成分はポンプ３７により配管ｏから回収される。
【００４２】
以上の実施形態では、熱分解装置１として管型の熱分解装置を使用したが、本発明の熱分解方法または熱分解システムは槽型の熱分解装置を使用することもできる。その場合には槽型の上部に設けられるガス排出部が前記排出部７に相当するので、そのガス排出部に冷却器２１を直接接続するか、または短管ｂを介して接続する。また槽型の熱分解装置を使用する場合には、供給装置１５を設けず、熱分解装置に直接ポリスチレン片を投入することもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明の熱分解方法は、ポリスチレンを酸素不存在下に熱分解装置で熱分解し、熱分解装置の排出部からの流出物を他の設備へ配管で搬送する際に、排出部に接続または該排出部に短管を介して接続した冷却器により前記流出物を冷却し、配管の内部温度がポリスチレンの熱分解温度に達しないようにすることを特徴とする。
【００４４】
このように熱分解装置からの流出物を冷却器でポリスチレンの熱分解温度以下に冷却することにより、流出物を他の設備へ搬送する配管の内壁に炭化物や汚染物が付着することを防止できる。そのため配管寿命を大幅に延長でき、結果として配管交換等のメンテナンスに要する手間や時間を節約できる。
【００４５】
上記熱分解方法において、熱分解装置におけるポリスチレンの熱分解時の温度を６００℃〜８００℃、圧力を２ｋＰａ〜１０ｋＰａとすることができる。このように熱分解を高温状態で行うと熱分解効率は向上するが、そのままでは前記他の設備へ搬送する配管の内部温度も上昇して内壁への炭化物や汚染物の付着量が増加する。しかし本発明のように流出物を冷却することにより、高効率で熱分解しながらこの付着問題を同時に解決できる。
【００４６】
さらに、熱分解を上記のような減圧状態で行うと、スチレンモノマー回収に際して副生物の生成を抑制できるが、そのままでは前記他の設備へ搬送する配管へ流出する未分解ポリスチレンや不純物の量も増加する。しかし本発明のように流出物を冷却することにより、副生物の生成を抑制しながら前記配管の内壁への炭化物や汚染物の付着量を著しく抑制できる。
【００４７】
また本発明の熱分解システムは、ポリスチレンを酸素不存在下に熱分解する熱分解装置と、熱分解装置の排出部に接続または該排出部に短管を介して接続した冷却器と、熱分解装置の排出部からの流出物を他の設備へ移送するために前記冷却器の出口側に接続された配管を備え、前記冷却器は配管の内部温度がポリスチレンの熱分解温度に達しないように排出部からの流出物を冷却するように構成されていることを特徴とする。本熱分解システムによれば、前記熱分解方法を好適に実施できる。
【００４８】
上記熱分解システムにおいて、前記冷却器は下側に入口部と上側に出口部を有し、入口部から流入した前記流出物が内部のガス通路を上昇して出口部から排出する間に冷却されるように構成することができる。このように構成すると、冷却器の出口側に接続された配管への分解ポリスチレンや不純物の流出をより効果的に抑制できる。
【００４９】
さらに上記いずれかの熱分解システムにおいて、前記冷却器に設けたガス通路の断面積を他の設備へ流出物を移送する配管の断面積より大きくすることができる。このようにすると、ガス通路における流出物の流速を低減できるので、冷却器の出口側に接続された配管への分解ポリスチレンや不純物の流出をより効果的に抑制できる。また流出物の冷却効果も増大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱分解システムのプロセスフロー図。
【符号の説明】
１ 熱分解装置
２ 反応管
３ 加熱部
３ａ 加熱ガス通路
４ 入口部
５ 出口部
６ 熱分解滞留槽
７ 排出部
８ 残渣排出部
９ 開閉弁
１０ 回収容器
１１ 攪拌装置
１２ 駆動部
１３ 加熱ガス発生装置
１４ バーナ
１５ 供給装置
１６ ホッパ
１７ 溶融部
１８ 押出部
１９ スクリュ
２０ 駆動部
２１ 冷却器
２２ ガス通路
２３ 入口部
２４ 出口部
２５ ジャケット
２６ 調整弁
２７ 温度制御器
２８ 温度測定器
２９ 凝縮器
３０ 沈殿槽
３１ 減圧装置
３２ 開閉弁
３３ ポンプ
３４ 第１蒸留装置
３５ ポンプ
３６ 第２蒸留装置
３７ ポンプ
ａ 配管
ｂ 短管
ｃ〜ｏ 配管
Ｄ１，Ｄ２ ダクト[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pyrolysis method and a pyrolysis system for thermally decomposing polystyrene, particularly waste polystyrene, in a pyrolysis apparatus in the absence of oxygen and recovering it as a fuel or a chemical raw material.
[0002]
[Prior art]
A large amount of plastics is discharged from factories and homes, and these waste plastics are collected for recycling as useful resources. Most of the collected waste plastic is styrene plastic. Styrene-based plastics include styrene copolymers (styrene copolymers) such as AS resin and ABS resin in addition to polystyrene (styrene homopolymer), and these styrene-based plastics (hereinafter, simply referred to collectively in the present invention) Polystyrene is a plastic that can be easily pyrolyzed to low molecular weight in the absence of oxygen and recovered as a fuel or chemical resource.
[0003]
Waste polystyrene includes non-expanded polystyrene such as injection-molded products and blow-molded products such as casings for home appliances and communication equipment, and expanded polystyrene such as food trays, packing materials and cushioning materials. Alternatively, it is pyrolyzed by a pyrolysis device in a crushed state, or is made into molten polystyrene by a melt extruder and then pyrolyzed by the pyrolysis device. Further, the latter expanded polystyrene is reduced in volume by a solvent or the like, and is similarly thermally decomposed by a pyrolysis apparatus.
[0004]
There are a tank type and a tube type in the thermal decomposition apparatus. The tank-type pyrolysis device is equipped with a scraper for stirring and scraping the residue in a cylindrical tank body whose bottom is formed in a conical shape, and pyrolyzes polystyrene in a tank heated from the surroundings. Suitable for batch pyrolysis of large amounts of polystyrene at once over time.
On the other hand, a tube-type pyrolysis device is a reaction tube with an elongated pyrolysis section, which is heated from the surroundings while polystyrene passes through it and pyrolyzes it. Suitable for thermal decomposition.
[0005]
In any of the above pyrolysis apparatuses, the higher the temperature at the time of pyrolysis, the higher the pyrolysis efficiency.In order to obtain a high yield of styrene monomer as a chemical raw material by pyrolysis, it is necessary to perform pyrolysis under reduced pressure. desirable. A technique for thermally decomposing polystyrene under reduced pressure to suppress the generation of by-products such as ethylbenzene and toluene is described in, for example, Patent Document 1.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-199875
In any of the thermal decomposition apparatuses, a heating section is provided around the tank or the reaction tube, and the heating section heats and thermally decomposes polystyrene. The effluent mainly composed of cracked gas flowing out from the discharge section of the thermal decomposition apparatus is supplied to other equipment, for example, a water-cooled or air-cooled condenser through a pipe connected to the discharge section, where it is cooled. To collect the condensed oil. The separated oil can be supplied to a distillation apparatus or the like and distilled to recover the styrene monomer. In some cases, cracked gas or the like is directly supplied from a pipe to a distillation facility without passing through a condenser.
[0008]
In the case of a tubular thermal decomposition apparatus, as described above, polystyrene introduced from the inlet of the reaction tube is thermally decomposed while passing through the inside thereof, and an effluent mainly composed of cracked gas flows out from the outlet. I do. Then, the pipe for discharging the effluent is directly connected to the outlet of the reaction tube, and the pyrolysis retention tank having a larger cross-sectional area than the reaction tube is connected to the outlet of the reaction pipe, and provided at the top of the pyrolysis retention tank. Pipes may be connected to the outlet. In the former case, the outlet portion serves as the discharge portion of the pyrolysis device as it is, and in the latter case, the outlet portion of the pyrolysis retention tank serves as the discharge portion of the pyrolysis device.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
When pyrolyzing polystyrene with a pyrolysis apparatus as described above, the pyrolysis efficiency is increased when the pyrolysis is performed at a high temperature, and the generation of by-products is suppressed when the pyrolysis is performed under reduced pressure, and the styrene monomer is reduced. It can be recovered in high yield. However, when the polystyrene is pyrolyzed at a high temperature, the temperature of the effluent flowing out of the pyrolysis device into the pipe increases, and the internal temperature of the pipe located on the downstream side increases in proportion thereto.
[0010]
Inside the pyrolysis unit, pyrolysis is performed at the minimum temperature required to pyrolyze polystyrene, that is, at a temperature that has a margin for raising a complaint higher than the pyrolysis temperature, but by performing pyrolysis at such a high temperature, The internal temperature of the pipe heated by the effluent is often higher than the thermal decomposition temperature. When the internal temperature of the pipe is equal to or higher than the thermal decomposition temperature of polystyrene, undecomposed polystyrene contained in the effluent is pyrolyzed there, and a part of the polystyrene adheres to the inner wall of the pipe as carbide. Further, impurities such as decomposition residues contained in the effluent adhere to the inner wall of the pipe as contaminants. Furthermore, when the pyrolysis apparatus is operated under reduced pressure, the speed of the effluent increases, and the outflow rate of undecomposed polystyrene and impurities increases, and the amount of carbides and contaminants attached to the inner wall of the pipe increases.
[0011]
The pyrolysis apparatus is designed to remove carbide (or caulking) and decomposition residues adhered to the inside and discharge it to the outside. However, since the pipe has a small inner diameter and a large length, it is difficult to remove the carbide adhered to the inner wall of the pipe. There is no special mechanism to discharge contaminants. Therefore, a layer of carbide or contaminant adhering to the inner wall of the pipe gradually grows, and the flow capacity decreases. In some cases, a blockage accident may occur. Therefore, an object of the present invention is to solve the problem of the adhesion of carbides and contaminants on the inner wall of a pipe, and an object of the present invention is to provide a new thermal decomposition method and a new thermal decomposition system therefor.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The pyrolysis method of the present invention that solves the above-mentioned problem, polystyrene is pyrolyzed by a pyrolysis device in the absence of oxygen, and when the effluent from the discharge section of the pyrolysis device is transported to another facility by piping, The effluent is cooled by a cooler connected to the discharge portion or connected to the discharge portion via a short pipe so that the internal temperature of the pipe does not reach the thermal decomposition temperature of polystyrene. 1).
[0013]
In the above-mentioned pyrolysis method, the temperature at the time of pyrolysis of polystyrene in the pyrolysis apparatus can be set to 600 ° C to 800 ° C, and the pressure can be set to 2 kPa to 10 kPa (Claim 2).
[0014]
Further, a pyrolysis system of the present invention for solving the problem includes a pyrolyzer for pyrolyzing polystyrene in the absence of oxygen, and a cooler connected to an outlet of the pyrolyzer or connected to the outlet via a short pipe. A pipe connected to the outlet side of the cooler for transferring the effluent from the outlet of the pyrolysis device to another facility, wherein the cooler has an internal temperature of the pipe set to the pyrolysis temperature of polystyrene. The effluent from the discharge unit is cooled so as not to reach the discharge portion (claim 3).
[0015]
In the above pyrolysis system, the cooler has an inlet portion on a lower side and an outlet portion on an upper side, and cools while the effluent flowing in from the inlet rises up an internal gas passage and is discharged from the outlet. It can be configured as follows (claim 4).
[0016]
Furthermore, in any one of the above-mentioned thermal decomposition systems, the cross-sectional area of the gas passage provided in the cooler can be made larger than the cross-sectional area of the pipe (claim 5).
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process flow diagram of the pyrolysis system of the present invention. In the present embodiment, a tubular pyrolysis device 1 is used as the pyrolysis device 1. The pyrolysis apparatus 1 includes an elongated reaction tube 2 made of a metal tube having good heat resistance and heat conductivity such as stainless steel and having a diameter of about 50 mm to 200 mm and a length of about 5 m to several tens of meters. A heating section 3 is provided so as to cover the periphery, and a pyrolysis retention tank 6 communicating with an outlet section 5 of the reaction tube 2 is provided. The cross-sectional area of the thermal decomposition residence tank 6 is about 3 to 5 times that of the reaction tube 2, and the illustrated example is a vertical type, but may be a horizontal type in some cases.
[0018]
The thermal decomposition retention tank 6 is a vertical tank, and the outlet 5 of the reaction tube 2 communicates with the side thereof, and the outlet provided at the upper part constitutes the discharge part 7, and the discharge part 7 has a short part. Tube b is connected. Further, a pipe c having an on-off valve 9 is connected to the residue discharge section 8 provided at the bottom of the pyrolysis retention tank 6, and the tip of the pipe c opens to the collection container 10. Although high-temperature decomposition residues are discharged to the pipe c, it is desirable to cover the circumference of the pipe c with a heat insulating material to keep the temperature so that the discharged substance does not solidify inside. In some cases, it is also desirable to perform heater heating control. On the other hand, a stirrer 11 is provided inside the pyrolysis retention tank 6, and its rotating shaft passes through the top of the tank and is connected to a drive unit 12 such as an external reversible motor or the like, which can rotate normally and reversely.
[0019]
The heating section 3 has a heating gas passage 3a, and its periphery is insulated by a heat insulating material such as ceramic fiber or castable. The heating gas supplied from the heating gas generator 13 via the duct D1 heats the reaction tube 2 from the surroundings while flowing through the heating gas passage 3a, and the exhaust gas which has exchanged heat with the reaction tube 2 is discharged from the duct D2. It has become. The heating gas generator 13 includes a burner 14 for burning liquid fuel or gaseous fuel, and supplies a high-temperature combustion gas generated by combustion to the heating unit 3 as a heating gas.
[0020]
The inlet 4 of the reactor 2 is connected to a plastic supply device 15 via a pipe a. The feeding device 15 can use an extrusion device generally used for injection molding of plastics. The feeding device 15 includes a hopper 16 (the hopper may be provided with a stirring device or a bridge breaker inside) and a hopper 16. A melting portion 17 connected to the lower portion of the housing, and an extruding portion 18 connected to the melting portion 17.
[0021]
The non-expanded polystyrene is pulverized into fine polystyrene pieces by a pulverizer or the like, and the expanded polystyrene is reduced in volume by a solvent or the like, and then pulverized into polystyrene pieces. The polystyrene pieces of the hopper 16 are introduced into the melting part 17, where they are heated by an electric heater to about 200 ° C. to 250 ° C. and melted, and the molten polystyrene is extruded from the tip of the extruding part 18 into the pipe a. The extruding section 18 is composed of a screw 19 arranged in an elongated cylindrical body and a driving section 20 for driving the screw 19 to rotate.
[0022]
The short pipe b has a diameter of about several cm to several tens cm, rises up from the discharge part 7 of the pyrolysis device 1 at a vertical angle or a tilt angle close thereto, and is connected to the cooler 21. The short pipe b is useful when the cooler 21 cannot be directly connected to the discharge unit 7 due to space limitations. However, when the cooler 21 can be connected, the short pipe b can be omitted.
[0023]
The cooler 21 cools the effluent from the outflow section 7 to a temperature lower than the pyrolysis temperature of polystyrene, preferably to a temperature lower enough than the pyrolysis temperature. An inlet 23 is provided at the bottom, an outlet 24 is provided at the top of the gas passage 22, and a cooling jacket 25 is provided around the gas passage 22. For reasons described later, it is desirable that the cross-sectional area of the gas passage 22 be larger than the cross-sectional area of the pipe f.
[0024]
The effluent from the discharge part 7 flows in from the inlet part 23 of the cooler 21 and is cooled to a temperature lower than the thermal decomposition temperature of polystyrene while rising from the gas passage 22 and discharging from the outlet part 24. The size of the gas passage 22 is determined by the flow rate of the effluent to be cooled and the like. For example, the gas passage 22 is selected to have a length of about 2 to 5 M and a cross-sectional area of about 3 to 5 times the reaction tube 2. it can. In the present embodiment, a gas passage 22 is formed by vertically arranging a metal tube having a diameter of 300 mm and a length of 2 m, and a cooler 21 is formed by surrounding the gas passage 22 with a jacket 25 for cooling.
[0025]
A pipe d for supplying cooling water and a pipe e for discharging cooling water warmed by heat exchange are connected to the jacket 25, and an adjustment valve 26 of an electric drive type, a hydraulic pressure or a pneumatic drive type is provided on the pipe d. . The regulating valve 26 is driven by a control signal from a temperature controller 27, and the temperature controller 27 receives a temperature measurement value from a temperature measurement device 28 that measures the temperature near the outlet 24 of the cooler 21. For example, a control signal is output to the flow rate adjusting valve 26 so that the temperature becomes about 250 ° C. to 300 ° C., for example.
[0026]
A pipe f is connected to the outlet 24 of the cooler 21. In the present embodiment, the tip of the pipe f communicates with the condenser 29 as another facility, and the effluent from the heat exchanger 1 cooled by the cooler 21 passes through the pipe f to the condenser 29. Supplied. The condenser 29 has a cooling chamber in which a cooling pipe is arranged, a pipe g for discharging condensed oil is connected to the bottom, and a pipe h provided with a decompression device 31 such as a vacuum pump is connected to the upper part.
[0027]
Since undecomposed polystyrene and impurities may remain in the effluent from the cooler 21 to the pipe f, the undecomposed polystyrene and impurities may directly hit the cooling pipe of the condenser 21 and adhere to the pipe so that the cooling capacity is not reduced. Preferably, f is connected from the horizontal direction above the side of the condenser 21 so that the effluent is introduced into the condenser 21 as a gentle flow.
[0028]
The tip of a pipe g connected to the bottom of the condenser 20 communicates with a closed sedimentation tank 30. The lower part of the sedimentation tank 30 is tapered, and a pipe i for discharging sediment is connected to the bottom thereof. A pipe j provided with a pump 33 is connected to the side of the settling tank 30, and the end of the pipe j communicates with the middle stage of the first distillation device 34. As will be described later, the sedimentation tank 30 separates undecomposed polystyrene and impurities flowing out of the condenser 29 by sedimentation with a difference in specific gravity from the oil component. Desirably has an internal volume that does not float due to stirring. The condenser 29 and the settling tank 30 may be integrally combined.
[0029]
As the first distillation apparatus 34, a multi-stage shelf or a general distillation column filled with lashing can be used, and a pipe k for discharging low-boiling components such as benzene and toluene is connected to the top of the tower, and to the bottom of the tower. A pipe 1 for discharging high boiling components including styrene is connected. A pump 35 is provided in the pipe 1, and the tip thereof communicates with the middle stage of the second distillation device 36. As the second distillation device 36, a distillation column having the same structure as that of the first distillation device 34 can be used. A pipe n for flowing out styrene is connected to the upper part of the second distillation apparatus 36, and a pipe o for flowing out heavy components including styrene dimer and trimer is connected to the bottom of the tower. A pump 37 for transfer is connected to the pipe o. Is provided.
[0030]
The exhaust gas discharged from the heating section 3 of the pyrolysis device 1 in the duct D2 can be used as a heating source for the first distillation device 34 and the second distillation device 36. Further, the low-boiling components recovered from the pipe k of the first distillation apparatus 34 and the high-boiling components recovered from the pipe o of the second distillation apparatus 36 are supplied to the burner 14 of the heating gas generator 13 and used as fuel. can do.
[0031]
Next, a method for thermally decomposing polystyrene by the thermal decomposition system of the present invention will be described. First, prepare for pyrolysis. The pressure reducing device 31 is operated to bring the pressure reduced. Further, the heating gas generator 13 is operated to supply a heating gas to the heating unit 3, and the reaction tube 2 is heated to a temperature suitable for thermal decomposition.
[0032]
The temperature suitable for the thermal decomposition is the minimum temperature necessary for the thermal decomposition of the polystyrene, that is, a temperature higher than the thermal decomposition temperature of the polystyrene, for example, 600 to 800 ° C, preferably about 700 to 800 ° C. Temperature range. The temperature of the heating gas supplied from the heating gas generator 13 is preferably as high as possible.
[0033]
On the other hand, the inside of the reaction tube 2 is desirably operated in a reduced pressure state from the viewpoint of suppressing by-products as described above. By maintaining it, the generation of by-products can be reduced to 1/10 or less of the case of pyrolysis at normal pressure. Along with these operations, the supply device 15 is operated to supply molten polyethylene to the reaction tube 2, and cooling water is supplied to the cooler 21 so that the effluent can be cooled, thereby preparing for thermal decomposition. Get ready.
[0034]
When the preparation for thermal decomposition is completed, an on-off valve (not shown) provided on the pipe a is opened, and the molten polystyrene generated by the supply device 15 is supplied to the inlet 4 of the reaction tube 2. While moving inside the reaction tube 2, the molten polystyrene is heated from the surroundings and thermally decomposes to generate low-molecular decomposed gas. Then, an effluent containing a decomposed gas as a main component and a small amount of undecomposed polystyrene and impurities flows into the pyrolysis retention tank 6 from the outlet 5 of the reaction tube 2. Since the surroundings of the thermal decomposition residence tank 6 are covered with the heating section 3 and the inside thereof is almost at the same temperature as the reaction tube 2, most of the undecomposed polystyrene that has flowed in is heated there, and While being stirred by the screw, it is thermally decomposed and converted into low-molecular decomposed gas.
[0035]
Most of the flowing decomposition residues and impurities stay in the thermal decomposition retention tank 6. Therefore, when the operation is continued for a long time, the decomposition residues and impurities gradually accumulate in the lower portion of the thermal decomposition retention tank 6. Therefore, the on-off valve 9 is opened periodically, and the decomposition residue and impurities deposited from the pipe c are discharged to the collection container 10. At the time of discharging, the stirring time is rotated in the reverse direction, and the decomposition residue and impurities are forcibly pushed out to the pipe 9 by the screw, so that the discharging time can be saved.
[0036]
The undecomposed polystyrene and a part of the impurities that have not been decomposed during staying in the pyrolysis detention tank 10 flow out of the discharge part 7 to the short pipe b together with the decomposed gas as described above. Although the temperature of the effluent in the short pipe b is higher than the thermal decomposition temperature, the length of the pipe is extremely short, so that there is almost no effect of the formation of carbides. The effluent from the short pipe b immediately flows into the cooling jacket 21, where it is cooled to a temperature lower than the thermal decomposition temperature and then flows out to the pipe f.
[0037]
In this embodiment, the cooler 21 is formed in a vertical tank shape, and the effluent from the discharge part 7 flows in from the lower inlet part 23, rises in the gas passage 22, and cools while discharging from the outlet part 24. As a result, fine solids such as undecomposed polystyrene and impurities contained in the effluent from the discharge unit 7 can be more effectively prevented from flowing out to the pipe f.
[0038]
Further, as described above, by making the cross-sectional area of the gas passage 22 in the cooler 21 larger than that of the reaction tube 2, the flow velocity of the effluent flowing through the gas passage 22 is reduced, and the effluent from the discharge unit 7 is included in the effluent. The fine solids such as undecomposed polystyrene and impurities can be more effectively prevented from flowing out to the pipe f side, and the cooling effect of the effluent can be increased.
[0039]
Since the temperature of the effluent to the pipe f becomes lower than the thermal decomposition of the polystyrene by the cooling action on the effluent by the cooler 21, the inner wall of the long pipe f from the pyrolyzer 1 to the condenser 29 at a distance. It is possible to prevent carbides and contaminants from adhering. Then, the effluent flowing into the condenser 29 is cooled there, and the high-boiling components are recovered as oil in the pipe g from the sedimentation tank 30, and the low-boiling components are sucked by the pressure reducing device 29 and discharged from the pipe h.
[0040]
Undecomposed polystyrene and impurities slightly remaining in the effluent flow into the sedimentation tank 30 together with the high-boiling components in the condenser 29, and settle at the bottom due to a difference in specific gravity. When the sediment has accumulated to some extent, the on-off valve 32 is opened and collected from the pipe i to the outside.
[0041]
The high-boiling components that have flowed into the settling tank 30 are supplied from the pipe j to the first distillation apparatus 34 by the pump 33, and the low-boiling components such as benzene and toluene separated and separated therefrom flow out of the pipe k from the outside and contain styrene. The high-boiling components are supplied from a pipe 1 to a second distillation unit 36 by a pump 35. The styrene distilled and separated by the second distillation device 26 is recovered from the pipe n, and the high-boiling components including styrene dimer and trimer are recovered from the pipe o by the pump 37.
[0042]
In the above embodiment, the tubular pyrolysis apparatus is used as the pyrolysis apparatus 1. However, the pyrolysis method or the pyrolysis system of the present invention may use a tank-type pyrolysis apparatus. In that case, the gas discharge portion provided at the upper part of the tank type corresponds to the discharge portion 7, and therefore, the cooler 21 is directly connected to the gas discharge portion or connected via the short pipe b. When a tank-type pyrolyzer is used, a polystyrene piece can be directly charged into the pyrolyzer without providing the supply device 15.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, in the pyrolysis method of the present invention, polystyrene is pyrolyzed in a pyrolysis apparatus in the absence of oxygen, and the effluent from the discharge section of the pyrolysis apparatus is conveyed to another facility by pipes. The effluent is cooled by a cooler connected to the section or connected to the discharge section via a short pipe so that the internal temperature of the pipe does not reach the pyrolysis temperature of polystyrene.
[0044]
By cooling the effluent from the pyrolyzer to a temperature lower than the pyrolysis temperature of polystyrene with a cooler, it is possible to prevent carbides and contaminants from adhering to the inner wall of a pipe that conveys the effluent to another facility. . Therefore, the life of the piping can be greatly extended, and as a result, labor and time required for maintenance such as replacement of the piping can be saved.
[0045]
In the above thermal decomposition method, the temperature at the time of thermal decomposition of polystyrene in the thermal decomposition apparatus can be set to 600 ° C. to 800 ° C., and the pressure can be set to 2 kPa to 10 kPa. When the thermal decomposition is performed at a high temperature in this manner, the thermal decomposition efficiency is improved. However, if the thermal decomposition is performed as it is, the internal temperature of the pipe that is conveyed to the other equipment also increases, and the amount of carbides and contaminants attached to the inner wall increases. However, by cooling the effluent as in the present invention, this adhesion problem can be simultaneously solved while pyrolyzing with high efficiency.
[0046]
Furthermore, when the pyrolysis is performed under reduced pressure as described above, the generation of by-products during the recovery of the styrene monomer can be suppressed, but the amount of undecomposed polystyrene and impurities flowing out to the pipes to be transported to the other equipment also increases as it is. I do. However, by cooling the effluent as in the present invention, the amount of carbides and contaminants attached to the inner wall of the pipe can be significantly suppressed while suppressing the generation of by-products.
[0047]
The pyrolysis system of the present invention further includes a pyrolyzer for pyrolyzing polystyrene in the absence of oxygen, a cooler connected to an outlet of the pyrolyzer or connected to the outlet via a short pipe, A pipe connected to an outlet side of the cooler for transferring an effluent from an outlet of the apparatus to another facility, the cooler being configured so that an internal temperature of the pipe does not reach a pyrolysis temperature of polystyrene. The effluent from the discharge section is configured to be cooled. According to the present thermal decomposition system, the thermal decomposition method can be suitably performed.
[0048]
In the above pyrolysis system, the cooler has an inlet portion on the lower side and an outlet portion on the upper side, and the effluent flowing in from the inlet portion is cooled while ascending the internal gas passage and discharging from the outlet portion. It can be configured to be. With this configuration, it is possible to more effectively suppress the outflow of decomposed polystyrene and impurities into the pipe connected to the outlet of the cooler.
[0049]
Further, in any one of the above-mentioned pyrolysis systems, the cross-sectional area of the gas passage provided in the cooler can be made larger than the cross-sectional area of the pipe for transferring the effluent to another facility. By doing so, the flow rate of the effluent in the gas passage can be reduced, so that the outflow of decomposed polystyrene and impurities to the pipe connected to the outlet side of the cooler can be more effectively suppressed. Also, the cooling effect of the effluent can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process flow diagram of a pyrolysis system of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pyrolysis apparatus 2 Reaction tube 3 Heating part 3a Heating gas passage 4 Inlet part 5 Outlet part 6 Pyrolysis residence tank 7 Discharge part 8 Residue discharge part 9 Open / close valve 10 Recovery container 11 Stirring device 12 Drive unit 13 Heating gas generating device 14 Burner 15 Feeder 16 Hopper 17 Melting section 18 Extruding section 19 Screw 20 Drive section 21 Cooler 22 Gas passage 23 Inlet section 24 Outlet section 25 Jacket 26 Regulator valve 27 Temperature controller 28 Temperature measuring instrument 29 Condenser 30 Precipitation tank 31 Decompression Device 32 Open / close valve 33 Pump 34 First distillation device 35 Pump 36 Second distillation device 37 Pump a Pipe b Short pipe c-o Pipe D1, D2 Duct
