JP2008156457A

JP2008156457A - ポリスチレンの熱分解方法

Info

Publication number: JP2008156457A
Application number: JP2006346056A
Authority: JP
Inventors: Shinji Futamura; 信地二村
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】廃植物油からバイオディーゼル燃料をアルカリ触媒法により製造する際に排出されるアルカリ性廃液の再利用を図ると共に、ポリスチレンを熱分解することにより得られる分解油の酸性化を防止する。
【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を熱分解して分解油を生成する熱分解方法において、廃植物油からバイオディーゼル燃料をアルカリ触媒法により製造する際に、排出されるアルカリ性廃液を前記ポリスチレン溶液に混合し、その混合溶液を熱分解装置に供給してポリスチレンを熱分解することにより、得られる分解油の酸性化を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明はポリスチレンを溶剤に溶解したポリスチレン溶液を熱分解する熱分解方法に関し、詳しくはポリスチレン溶液を熱分解して得られる酸性の分解油を中性化できる熱分解方法に関する。

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（分解油）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。

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も多量に排出される。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に採用される。

ポリスチレンを熱分解する技術として、例えば特許文献１に記載された方法が知られている。特許文献１に記載されている熱分解装置は、断熱層で囲まれた加熱室の内部に断面が円形とされた熱分解槽を配置し、その熱分解槽の内部に攪拌器を設けている。

ポリスチレンを熱分解すると、スチレンを主成分とする分解ガスが生成するが、分解油にはスチレン以外に、例えばトルエン、ベンズアルデヒド、２―エチルー１−ヘキサノール、１−フェニルエタノール、１−ヘキサデカノール、安息香酸などの副生成物も少量であるが含まれる。生成した分解ガスを凝縮器等で冷却すると分解油が得られる。

得られた分解油はそのまま燃料として利用できるが、さらに付加価値を高めるため蒸留装置で蒸留して化学原料に利用できる高純度のスチレンモノマーとして回収することもできる。しかし生成油に前記のような副生成物が含まれると、その副生成物のため生成油は酸性になり、配管、タンク、蒸留装置等の内部を腐食するという問題がある。

酸性の分解油を中和する技術が特許文献２に提案されている。特許文献２の方法は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主成分とする廃プラスチックを熱分解する際、粉砕した廃プラスチック片に消石灰等のアルカリ剤粉末を添加し、廃プラスチック片とアルカリ剤粉末の混合物を熱分解装置に供給し、そこで熱分解して分解油を得ることを特徴としている。ＰＥＴが熱分解すると安息香酸が副生し、その副生成物が分解油を酸性にするのであるが、アルカリ剤によりその酸性が中和されて中性の分解油が得られる。

一方、廃揚げ物油のような廃植物油の一部はディーゼル内燃機関用の燃料、すなわちバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）として利用されている。廃植物油からバイオディーゼル燃料を製造する方法として例えば特許文献３に記載されている。特許文献３に記載された方法はアルカリ触媒法が称されるもので、例えば廃植物油にメチルアルコール等のアルコールと水酸化ナトリウムなどのアルカリ剤を加え、４５〜６５℃の反応温度で廃植物油をアルコールとエステル交換反応させてエステル油（脂肪酸エステル）と廃グリセリンを生成する方法である。生成したエステル油は例えば軽油と混合してバイオディーゼル燃料として利用される。

一般的には利用価値のない廃グリセリンは、プロセス原料の１０〜１５％程度副生物として排出する。廃グリセリン中には触媒として用いたアルカリ剤の残留物が混合されたｐＨ１１付近のアルカリ性廃液であり、そのまま排出すると環境を汚染するので、通常、中和等の無害化処理を行ってから環境中に排出される。しかし無害化処理にはコストと手間がかかる上に、無害化処理に伴って排出されるガス中には触媒灰が含まれるため、その除去工程も必要になる。

特開平８−１１３７８６号公報特開２００２−１７９８３７号公報特開平７−１９７０４７号公報

特許文献１に記載された熱分解方法は、廃ポリスチレン片にアルカリ剤粉末を混合して熱分解装置に供給している。そのため廃ポリスチレンの熱分解量に比例してアルカリ剤粉末を使用する必要があるので、大量の廃ポリスチレンを熱分解するにはそれに応じて大量のアルカリ剤粉末が消費される。

また廃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する場合、実験によれば、ポリスチレン溶液（比重0.9〜1.0）にアルカリ剤粉末を混合してもポリスチレン溶液に対して例えばアルカリ剤である炭酸ナトリウム（比重2.24）の粉末は２倍以上重いので、ポリスチレン溶液の移送経路を構成する配管、ポンプ、バルブ等にアルカリ剤粉末が沈殿し付着するという問題が発生ことも分かった。

また熱分解装置に供給されたアルカリ剤粉末は熱分解温度においては、例えばスクレーパ付きの熱分解槽であっても、高粘度のためスクレーパの攪拌翼と槽底面との隙間に沈殿し滞留するという問題も発生した。従って、特許文献１の方法をポリスチレン溶液の熱分解方法にそのままでは適用できない。

一方、アルカリ触媒法により廃植物油からバイオディーゼル燃料を製造する方法は、前記のようにアルカリ性廃液の処理問題が存在するで、その解決法が要望されていた。そこで本発明は、このようなアルカリ性廃液の処理問題と配管内部や熱分解装置内部にアルカリ剤が沈殿する問題を同時に解決することを課題とし、そのための新しいポリスチレンの熱分解方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明の熱分解方法は、ポリスチレンを溶剤に溶解したポリスチレン溶液を熱分解して分解油を生成する熱分解方法であり、廃植物油からバイオディーゼル燃料をアルカリ触媒法により製造する際に排出されるアルカリ性廃液を前記ポリスチレン溶液に混合し、その混合溶液を熱分解装置に供給してポリスチレンを熱分解することにより、得られる分解油の酸性化を防止することを特徴とする（請求項１）。

上記熱分解方法において、前記熱分解装置は槽形の熱分解装置とすることができる（請求項２）

本発明の熱分解方法は、請求項１に記載のように、廃植物油からバイオディーゼル燃料をアルカリ触媒法により製造する際に、排出されるアルカリ性廃液を前記ポリスチレン溶液に混合し、その混合溶液を熱分解装置に供給することを特徴としている。
本方法によれば、ポリスチレン溶液の移送経路を構成する配管、ポンプ、バルブ等の内部にアルカリ剤が沈殿するという問題が解消される。また熱分解装置内においてもその均一な混合状態が維持されるので、槽内沈殿等を起こすおそれもない。

さらに、廃植物油からバイオディーゼル燃料をアルカリ触媒法により製造する際に排出されるアルカリ性廃液を有効利用できるので、従来のような廃液処理工程や触媒灰の除去工程が不要になり、バイオディーゼル燃料製造プロセスの設備コストや運転コストを低減できる。

さらにポリスチレン溶液とアルカリ水溶液の混合操作は液―液混合操作であるため、分解油の中和に必要なアルカリ剤の混合割合を正確に且つ容易に調整できる。またポリスチレン溶液にアルカリ水溶液を混合すると、ポリスチレン溶液より粘性の低い混合溶液を移送して熱分解装置に供給できるので、その移送性も良くなる。

上記熱分解方法において、請求項２に記載のように、熱分解装置として槽型の熱分解装置を使用することができる。
このような槽型の熱分解装置を使用すると、熱分解残渣を定期的にまたは随時、槽の底部から効率よく排出でき、その排出操作の際に、前記のようにポリスチレン溶液と共に供給されたアルカリ性廃液に混合しているアルカリ剤の滞留物も同時に排出できるので、熱分解プロセス中にアルカリ剤が蓄積することがない。

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は本発明の熱分解方法によりポリスチレン溶液を熱分解するシステムのプロセスフロー図である。図中、１は混合槽、２は攪拌部、３は回転駆動部、４はポンプ、５，６はバルブ、７は熱分解装置、７ａは熱分解槽、８は攪拌部、９は回転駆動部、１０はスクレーパ、１１は凝縮器、ａ〜ｇは配管である。

混合槽１は、配管ａから供給されるポリスチレン溶液と、配管ｂから供給されるアルカリ性廃液を混合し、ポリスチレン溶液とアルカリ性廃液が均一に混合された混合溶液を生成するもので、混合槽１には回転駆動部３により回転駆動する攪拌部２が配置される。生成した混合溶液（エマルジョン溶液）はポンプ４とバルブ５を設けた配管ｃから熱分解装置７に連続的または間欠的に供給される。

熱分解装置７はポリスチレンを熱分解してスチレンを主成分とする分解ガスを生成するもので、下部が円錐状に形成された筒状の熱分解槽７ａと、その熱分解槽７ａの周囲に配置した加熱部（図示せず）を有し、内部に攪拌部８を設けた槽型の熱分解装置である。攪拌部８は回転駆動部９とその出力軸で回転するスクレーパ１０により構成される。なおスクレーパ１０は熱分解槽７ａ内の溶液を攪拌すると共に熱分解槽７ａの底部に付着する炭化物を剥離するものである。また熱分解槽７ａの底部には分解残渣やアルカリ剤などを排出する配管ｇが連通され、配管ｇには分解残渣やアルカリ剤などを排出する際に開けるバルブ６が設けられる。

凝縮器１１は内部に冷却水を流通させる冷却配管が配置され、熱分解装置７から配管ｄを経て流入する分解ガスは冷却管の表面と熱交換することにより冷却され、分解油として凝縮する。分解油は配管ｅから流出し、図示しない分解油回収タンクまたは蒸留装置などに移送される。一方、凝縮器１１の上部から配管ｆに不凝縮排ガスが排出される。

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（図示せず）で細かく粉砕することにより発泡ポリスチレン片の形態で溶解槽（図示せず）に供給される。溶解槽には例えばポリスチレンを溶解する溶剤としてスチレン溶液が供給され、発泡ポリスチレン片はその溶剤と混合され、攪拌装置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って配管ａから混合槽１に供給される。なおポリスチレン溶液の濃度は15%〜50%程度が好ましい。

配管ｂから供給されるアルカリ性廃液は、前記のように廃植物油からバイオディーゼル燃料をアルカリ触媒法により製造する際に排出される溶液状の廃グリセリンである。アルカリ触媒としては、例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等を使用することができるので、アルカリ性廃液中には実際に使用されたこれらのアルカリ剤が含まれている。

アルカリ性廃液中のアルカリ濃度は、通常ｐＨ１１程度であるが、その濃度のアルカリ性廃液をそのまま混合槽１に供給し、そこでポリスチレン溶液と所定割合で混合できる。なおポリスチレン溶液とアルカリ性廃液の混合割合は、酸性の分解油を中和する目的に適合した範囲になるように、実験等により決定することができる。

実験によれば、廃プラスチックとして１００％ポリスチレンを用いて熱分解した場合、７００℃程度の分解温度で熱分解して得られた分解油には安息香酸、アルデヒド等の副生成物が０．５％程度含まれており、それによって分解油はｐＨ４程度の酸性を示す。その分解油を中和するために必要なポリスチレン溶液とアルカリ性廃液の混合割合は、ポリスチレンとアルカリ剤の量比に換算して決めることができ、例えばポリスチレン１Ｋｇあたりアルカリ剤が５０〜１００ｇの割合になるようにアルカリ性廃液を混合すると容易に中和できることが分かった。

本発明の熱分解方法は、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、分解油としてのスチレン溶液を製造する方法に利用できる。

本発明の熱分解方法によりポリスチレン溶液を熱分解するシステムのプロセスフロー図。

符号の説明

１混合槽
２攪拌部
３回転駆動部
４ポンプ
５，６バルブ
７熱分解装置
７ａ熱分解槽
８攪拌部
９回転駆動部
１０スクレーパ
１１凝縮器
ａ〜ｇ配管

Claims

ポリスチレンを溶剤に溶解したポリスチレン溶液を熱分解して分解油を生成する熱分解方法において、廃植物油からバイオディーゼル燃料をアルカリ触媒法により製造する際に、排出されるアルカリ性廃液を前記ポリスチレン溶液に混合し、その混合溶液を熱分解装置に供給してポリスチレンを熱分解することにより、得られる分解油の酸性化を防止することを特徴とするポリスチレンの熱分解方法。
請求項１において、熱分解装置が槽型の熱分解装置であることを特徴とするポリスチレンの熱分解方法。