JP4161293B2

JP4161293B2 - Monomer recovery method and recovery device

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Publication number: JP4161293B2
Application number: JP2002070381A
Authority: JP
Inventors: 隆神山; 昌弘小笠原; 佳則小山
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: JP2003267896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃プラスチックなどのプラスチック類を酸素不存在下に加熱して連続的に熱分解し、その分解生成物を蒸留してモノマーを回収する方法および回収装置に関し、特に高いモノマー回収率を達成できる前記方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場や家庭から排出されるプラスチック類にはポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのオレフィン系樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）やアクリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）などのスチレン系樹脂など種々のものがある。これらの廃プラスチックから有用成分を資源として回収するために酸素の不存在下で熱分解し、分解生成物を燃料油などとして回収する方法が一般に採用されている。
【０００３】
また熱分解により得られた分解生成物をさらに蒸留し、高純度のモノマーとして回収する方法も採用されている。このような高純度のモノマーは品質の高いプラスチック原料やその他化学原料としてリサイクルできるので有用である。特にスチレン系樹脂は廃プラスチックとして大量に排出されるので、それを熱分解しスチレンモノマーとして回収する技術は商業的な面からも重要なものである。
【０００４】
一般にプラスチックを熱分解するためには熱分解装置が使用され、代表的なものとして槽型の熱分解装置と管型の熱分解装置がある。
槽型の熱分解装置は底部が円錐形に形成された槽本体を有し、上方にプラスチックの投入部とガス状の分解生成物を排出するガス排出部、底部に熱分解により発生する残渣を排出する残渣排出部をそれぞれ設け、その周囲に断熱壁により構成される加熱部を配置する。槽型の熱分解装置は槽本体でのプラスチックの滞留時間を長く取れるので、ある程度滞留時間を必要とするバッチ方式の運転に適しているが、連続式の運転も可能である。
【０００５】
管型の熱分解装置は細長い熱分解反応管により構成され、その周囲に断熱壁で構成した加熱部を配置する。そして加熱部で熱分解温度に加熱された熱分解反応器の一方の端部（導入部）からプラスチックを導入すると、プラスチックは内部を通過する間に酸素の不存在下に徐々に熱分解され、他方の端部（排出部）からガス状の分解生成物が排出される。
【０００６】
管型の熱分解装置は容積当たりの伝熱面積が大きく、装置が小型化し熱分解速度も速いという利点があり、特に連続運転に適している。管型の熱分解装置には内部に残渣排出用のスクリューを有するものと有しないものが存在し、前者のタイプでは残渣類の排出は容易であるが容積効率はスクリュー分だけ小さくなり、後者ではその逆の特徴を有する。
【０００７】
一般にプラスチックを熱分解して有用なモノマー成分を回収する場合、熱分解により目的とするモノマー成分以外に種々の副生物が副生する。例えばポリスチレンを熱分解する場合には、スチレンモノマーのほかにスチレンダイマー、スチレントリマー、トルエン、エチルベンゼン、αメチルスチレンなどの副生物が生成する。また、温度条件や圧力条件によっては副生物に加えて未分解物も多く残留する。
【０００８】
これまでの実験によれば、プラスチックを熱分解する場合、高い温度で熱分解するとモノマー成分の収率が高くなることが分かっている。例えばポリスチレンからスチレンモノマーを高収率で生成する熱分解温度は７００℃程度が好ましい。一方低い圧力、特に減圧領域で熱分解すると副生物の生成が抑制され、モノマー成分の収率が高くなる。そしてこれらの傾向は各種のプラスチックを熱分解する際に同じような傾向を示す。
【０００９】
上記分解生成物は蒸留操作により、スチレンモノマー、スチレンモノマーより低沸点成分であるトルエン等、スチレンモノマーより高沸点成分である重質油とに分離する。この蒸留操作により熱分解装置に供給したポリスチレンの７０％程度のスチレンモノマーを回収することができ、それ以外の成分は熱分解装置や蒸留装置への熱源を供給する燃焼炉等で燃焼される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来法ではモノマー回収率が７０％程度であり、従来からその回収率の向上が強く要望されていた。
そこで本発明は従来法より高い回収率を達成できるモノマーの回収方法、およびその方法を実施する回収装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成する本発明に係る第１の発明は、プラスチックを熱分解装置で酸素不存在下に加熱して連続的に熱分解し、熱分解装置から流出する分解生成物を蒸留してモノマーを回収する方法において、蒸留により分離された重質油を熱分解装置から流出する分解生成物と熱交換し、その重質油をさらに熱分解装置で熱分解し、その分解生成物を蒸留することを特徴とするモノマー回収方法である。
【００１３】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、プラスチックがスチレン系樹脂であることを特徴とするモノマー回収方法である。
【００１４】
請求項３に記載の本発明は、プラスチックを酸素不存在下に加熱して連続的に熱分解し、その生成物を蒸留してモノマーを回収する装置において、第１の熱分解装置と、第１の熱分解装置から流出する分解生成物を蒸留する蒸留装置と、蒸留装置で分離されたモノマーを回収するモノマー回収タンクと、蒸留装置で分離された重質油を熱分解装置から流出する分解生成物と熱交換し、その重質油を前記第１の熱分解装置に導入する第１の重質油導入手段を備えていることを特徴とするモノマー回収装置である。
【００１５】
請求項４に記載の本発明は、プラスチックを酸素不存在下に加熱して連続的に熱分解し、その生成物を蒸留してモノマーを回収する装置において、第１の熱分解装置と、第１の熱分解装置から流出する分解生成物を蒸留する蒸留装置と、蒸留装置で分離されたモノマーを回収するモノマー回収タンクと、蒸留装置で分離された重質油を熱分解する第２の熱分解装置と、前記重質油を第２の熱分解装置に導入する第２の重質油導入手段を備え、第２の熱分解装置から流出する分解生成物を前記蒸留装置で蒸留するように構成し、第１の重質油導入手段または第２の重質油導入手段に熱交換器を設け、その熱交換器で重質油を第１の熱分解装置から流出する分解生成物と熱交換するように構成したことを特徴とするモノマー回収装置である。
【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は本発明に係るモノマー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は第１の熱分解装置、２は管型の熱分解反応器、３は加熱部、４は導入部、５排出部、６は供給装置、７はホッパ、８はモータ、９は溶融押出部、１０は燃焼炉、１１はバーナ、１２はブロワ、１３は凝縮器、１４は第１の蒸留塔、１５はリボイラ、１６は第２の蒸留塔、１７はリボイラ、２２はモノマー回収タンク、２３は燃料タンク、２４は油ポンプ、２５は流量計、２６は第１の重質油導入手段、４０は蒸留装置、Ｖ１、Ｖ２は調整弁、Ｄ１、Ｄ２はダクト、ａ〜ｋは配管である。
【００１８】
熱分解装置１は管型の熱分解反応器２と、その熱分解反応器２の周囲を覆うように配置された加熱部３により構成される。細長い直筒状に形成された熱分解反応器２は、耐熱性および熱伝導性に優れたステンレス等の金属材料で作られ、その一方の端部にプラスチックを導入する導入部４が設けられ、他方の端部にガス状の分解生成物を排出する排出部５が設けられる。そして導入部４より連続的に導入されたプラスチックは熱分解反応器２の内部を移動する間に熱分解され、得られた分解生成物が排出部５より連続的に排出する。
【００１９】
熱分解反応器２の直径は数十ｍｍから数百ｍｍ程度、長さは１〜数十ｍ程度とされるが、それに制限されるものではなく、処理量を大きくする場合には直径と長さを適宜大きくする。なお熱分解反応器２の排出部５付近には、熱分解の際に発生する炭化物残渣を溜めるための拡大した直径を有するトラップなどを設けることが望ましい。
【００２０】
加熱部３は断熱壁で囲まれた筒型の加熱室を有し、その加熱室内に燃焼炉１０で生成した８００℃程度の加熱ガス（燃焼ガス）をダクトＤ１により供給し、熱交換後の排ガスは排気ファン（図示せず）を設けたダクトＤ２から第１の蒸留塔１４を加熱するリボイラ１５，および第２の蒸留塔１６を加熱するリボイラ１７の加熱源として利用した後、排ガス処理装置（図示せず）に排出する。
【００２１】
燃焼炉１０には燃料タンク２３から供給される重質油または他の液体燃料を燃焼するバーナ１１、および燃焼用空気を供給するブロワ１２が設けられ、さらに後述する蒸留装置４０から流出した低沸点成分のガスを燃焼するための補助バーナ（図示せず）が設けられる。燃焼により発生した高温の燃焼ガスは加熱ガスとしてダクトＤ１から前記加熱部３に供給される。
【００２２】
熱分解反応器２に溶融状態のプラスチックを供給するために供給装置６が設けられる。供給装置６は一般にプラスチックの射出成型用の押出機を使用することができ、通常、ホッパ７，モータ８および溶融押出部９を備えている。粉砕装置（図示せず）で細かく粉砕したプラスチック片がフィーダ等から配管ａを経てホッパ７に受け入れられ、そこから溶融押出部９に供給される。
【００２３】
溶融押出部９には電気ヒータが内蔵され、供給されたプラスチック片を例えば１５０℃〜２５０℃で加熱して溶融する。そして溶融プラスチックは所定速度で回転するスクリューを内蔵した溶融押出部９から配管ｂに押出されて、熱分解反応器２の導入部４に供給される。
【００２４】
熱分解反応器２の排出部５から流出するガス状の分解生成物は、配管ｃを経て凝縮器（コンデンサ）１３に導入される。分解生成物は凝縮器１３の熱交換部において冷却水等の冷却媒体と熱交換し、凝縮した高沸点成分は配管ｄにより蒸留装置４０に供給される。蒸留装置４０は第１の蒸留塔１４と第２の蒸留塔１６により構成され、凝縮器１３からの配管ｄは第１の蒸留塔１４の中段部に接続される。一方、凝縮器１３で凝縮しない低沸点成分は、真空ポンプ等の減圧装置を設けた配管ｅに吸引される。なお減圧装置から排出した低沸点成分は一般に悪臭を有するので、燃焼炉１０の図示しない補助バーナに供給、または他の焼却炉に供給して焼却される。
【００２５】
第１の蒸留塔１４の底部にリボイラ１５が設置され、塔頂から延長する配管ｅには減圧装置が接続される。第１の蒸留塔１４から減圧装置に向かう配管ｅに凝縮器１３を設け、その凝縮器１３で凝縮した液成分の一部を第１の蒸留塔１４の上部に還流し、残りの軽質油を燃料として利用するために燃料タンク２３に排出し、非凝縮成分を減圧装置に排出するようにしている。
【００２６】
第１の蒸留塔１４の底部はポンプ（図示せず）を設けた配管ｆで第２の蒸留塔１６の中段部に接続され、第１の蒸留塔１４で分離された高沸点成分が第２の蒸留塔１６に供給される。第２の蒸留塔１６はその底部にリボイラ１７が設置され、塔頂に配管ｇが接続される。そして配管ｇに回収タンク等のモノマー回収タンク２２が接続される。なお、第２の蒸留塔１６からモノマー回収タンク２２に向かう配管ｇにも凝縮器１３を設け、その凝縮器１３で凝縮した液成分の一部を第２の蒸留塔１６の上部に還流し、残りをスチレンとして排出し、非凝縮成分を減圧装置に導くようにしている。
【００２７】
第２の蒸留塔１６の塔底部に配管ｈが接続され、その配管ｈの先端は燃料タンク２３に接続される。第２の蒸留塔１６の塔底部からは重質油が排出し、油ポンプ２４と調整弁Ｖ２を設けた配管ｈにより燃料タンク２３に回収される。さらに配管ｈにおける調整弁Ｖ２の出口側から調整弁Ｖ１を設けた配管ｋが分岐し、その配管ｋの先端は配管ｂに接続される。そして後述するように、配管ｋの重質油は熱分解反応器２に導入し、そこで熱分解する。なお配管ｋにより第１の重質油導入手段２６が構成される。
【００２８】
前記分解生成物の凝縮器１３と減圧装置の間、第１の蒸留塔１４からの配管ｅに設ける凝縮器１３と減圧装置の間、第２の蒸留塔１６からの配管ｇに設ける凝縮器１３と減圧装置の間にはそれぞれ調整弁（図示せず）が設けられ、それぞれの調整弁によりそれら凝縮器の減圧レベルを設定することができる。
【００２９】
前記のように、分解生成物の凝縮器１３の減圧レベルを調整することにより熱分解装置１（具体的にはその熱分解反応器２）の減圧レベルを設定することができ、第１の蒸留塔１４からの配管ｅに設ける凝縮器１３の減圧レベルを調整することにより第１の蒸留塔１４の減圧レベルを設定することができ、第２の蒸留塔１６からの配管ｇに設ける凝縮器１３の減圧レベルを調整することにより第２の蒸留塔１６の減圧レベルを設定することができる。
【００３０】
次に、上記モノマー回収装置を使用してプラスチックからモノマーを回収する方法について説明する。なお以下の説明はプラスチックとして廃ポリスチレンを例に説明しているが、他のプラスチックについても同様に適用できる。なお、ポリオレフィンの場合はガソリンの収率を上げられる。
熱分解に先立って、減圧装置（図示せず）を運転しながら熱分解反応器２から第２の蒸留塔１６までの熱分解系および蒸留系を窒素ガス等の不活性ガスで置換し、これらの系内を酸素不存在状態にする。
【００３１】
系内の不活性ガスへの置換操作を完了したら、熱分解反応器２、第１の蒸留塔１４および第２の蒸留塔１６の内部圧力を前記調整弁により所定の減圧値に設定する。なお熱分解反応器２、第１の蒸留塔１４および第２の蒸留塔１６にそれぞれ圧力測定器を設置し、その圧力測定値が予め設定された値になるように制御器でそれぞれの調整弁を自動制御することもできる。
【００３２】
上記各操作と共に、熱分解反応器２、第１の蒸留塔１４および第２の蒸留塔１６の温度を熱分解および蒸留に適した範囲に上昇させる。具体的には加熱部３への加熱ガス供給量を調整することにより熱分解反応器２の温度調整を行い、リボイラ１５、１７への加熱ガス供給量の調整により第１の蒸留塔１４および第２の蒸留塔１６の温度調整をそれぞれ行う。
【００３３】
さらに前記各操作と共に、供給装置６を運転して熱分解反応器２への溶融ポリスチレン供給の準備を行う。廃ポリスチレン（以下、単にポリスチレンという）は粉砕機で１０ｍｍ程度以下に粉砕し、フィーダ（図示せず）で供給装置６のホッパ７に供給する。なおポリスチレンが発泡体である場合はスチレン系などの溶剤を使用して減容処理を行い、さらに顆粒状にしてからホッパ７に供給する。
【００３４】
ホッパ７からモータ８で溶融押出部９に供給したポリスチレンは、そこで１５０℃〜２５０℃に加熱されて溶融する。得られた溶融ポリスチレンは所定のスクリュー回転数で運転する溶融押出部９から押出され、配管ｂを経て熱分解反応器２の導入部４に流入する。熱分解反応器２に流入した溶融ポリスチレンは管内を通過する間に温度５００℃〜７００℃、圧力５０Ｔｏｒｒ程度で且つ酸素不存在下に徐々に熱分解されて蒸発し、ガス状の分解生成物が他端の排出部５から流出する。
【００３５】
分解生成物中にはスチレンモノマーのほかにスチレンダイマー、スチレントリマー、トルエン等が副生物として含まれる。排出部５から流出した分解生成物は配管ｃから凝縮器１３に導入し、そこで冷却されて凝縮した高沸点成分がポンプ（図示せず）を設けた配管ｄから第１の蒸留塔１４の中段に供給され、凝縮しない低沸点成分は配管ｅに流出する。
【００３６】
第１の蒸留塔１４はラッシリングやポールリング、その他の高性能な規則充填物を充填した充填式、またはトレイ式のいずれでもよいが、比較的低温で蒸留可能な２０〜１００Ｔｏｒｒ程度での減圧蒸留を行うには充填式が望ましい。第１の蒸留塔１４でリボイラ１５の加熱により減圧蒸留が行われると、塔頂からスチレンモノマーより沸点が低いトルエンなどの低沸点成分が留出して図示しない凝縮器１３に排出される。なお、低沸点成分の留出割合は供給したポリスチレンの３〜５％程度である。
【００３７】
凝縮器１３で凝縮しない低沸点成分は、減圧装置に流出する。凝縮した液成分の一部は、第１の蒸留塔１４の上段に還流し、残りは燃料タンク２３に流出する。なお第１の蒸留塔１４の還流比は５０程度が望ましい。一方、第１の蒸留塔１４の底部からは高沸点成分が流出し、配管ｆにより第２の蒸留塔１６の中段に供給される。
【００３８】
第２の蒸留塔１６も第１の蒸留塔１４と同様なものを使用し、圧力２０〜１００Ｔｏｒｒの範囲でスチレンモノマーを含む高沸点成分を減圧蒸留する。第２の蒸留塔１６でリボイラ１７の加熱により減圧蒸留が行われると、塔頂からスチレンモノマーが留出し凝縮器１３に排出する。
【００３９】
上記の第２の蒸留塔１６に併設される凝縮器１３で、実質的にスチレンモノマーからなる成分が凝縮されて一部は第２の蒸留塔１６の上段に還流し、残りは冷却器（図示せず）で冷却されてからモノマー回収タンク２２に回収される。なお、第２の蒸留塔１６の還流比＝還流量／回収量は３程度とすることが望ましい。
【００４０】
第２の蒸留塔１６の底部からは高沸点な成分が重質油として流出し、油ポンプ２４を設けた配管ｈを経由して調整弁Ｖ１を設けた配管ｋより熱分解反応器２の導入部４側に供給される。なお第２の蒸留塔１６の底部から流出する重質油を配管ｋに全量ではなく部分的に供給する場合は、その残り部分が調整弁Ｖ２および図示しない冷却器を経て燃料タンク２３に回収される。
【００４１】
熱分解反応器２から流出する分解生成物に含まれるスチレンモノマーはこれらの蒸留操作で高純度に精製される。例えば高さが１０ｍ程度の第１の蒸留塔１４および第２の蒸留塔１６を使用し前記条件で減圧蒸留した場合、純度９９．７％程度のスチレンモノマーがポリスチレン供給量の７０％程度回収される。またその蒸留操作により分離される重質油はポリスチレン供給量の２０〜３０％程度である。
【００４２】
前記のように、第２の蒸留塔１６で分離される重質油はポリスチレン供給量の２０〜３０％で大きなウエイトを占める。そこで本実施の形態ではその重質油を第１の熱分解装置１における熱分解反応器２の導入部４側に戻して再び熱分解を行い、低沸点のスチレンモノマー等に変換することにより、スチレンモノマーの回収率を大幅に向上させている。なお流量計２５を監視しながら二つの調整弁Ｖ１とＶ２を調整することにより、第１の熱分解装置１で熱分解する量と燃料タンク２３に回収する量の割合を変えることができる。
【００４３】
図２は本発明に係るモノマー回収方法を実施する装置の他のプロセスフロー図である。本実施の形態が図１の実施の形態と異なる部分は、第２の蒸留塔１６から分離されて配管ｋに流入した重質油を第１の熱分解装置１ではなく、別に設けた第２の熱分解装置３０に供給し、そこで熱分解して得られた分解生成物を凝縮器１３への配管ｃに供給するように構成した点であり、その他の部分は同様に構成される。従って同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
第２の熱分解装置３０には前記のように配管ｋを経て重質油が供給される。そして熱分解された分解生成物は配管ｌにより第１の熱分解装置１における排出部５側の配管ｃに供給される。なお前記配管ｋにより第２の重質油導入手段２７が構成される。
【００４５】
第２の熱分解装置３０は第１の熱分解装置１と同様に構成される。すなわち管型の熱分解反応器２と、その周囲を覆うように配置された加熱部３を備え、熱分解反応器２の一方の端部に重質油の導入部４が設けられ、他方の端部にガス状の分解生成物の排出部５が設けられる。そして加熱ガスがダクトＤ１から加熱部３供給され、熱交換後にダクトＤ２から排出する。なお第２の熱分解装置３０の処理容量は、所望する重質油の熱分解量により適宜設定される。
【００４６】
このように第１の熱分解装置１でポリスチレンの熱分解を行い、第２の熱分解装置３０で重質油の熱分解を行うように構成すると、ポリスチレンの熱分解条件と重質油の熱分解条件を互いに独立して設定できるという利点がある。例えばポリスチレンは減圧状態で熱分解するほうが副生物の生成割合が減少する。しかし重質油は常圧で熱分解するほうが熱分解の滞留時間を長くできるので完全に分解し易い。
【００４７】
図３は本発明に係るモノマー回収方法を実施する装置のさらに他のプロセスフロー図である。本実施の形態が図１の実施の形態と異なる部分は、第２の蒸留塔１６で分離された重質油を第１の熱分解装置１に供給する前に熱交換器３１で加熱するように構成した点で、その他の部分は同様に構成される。従って同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
重質油は配管ｋ（第１の重質油導入手段２６）により熱交換器３１に供給され、そこで第１の熱分解装置１における熱分解反応器２から流出する分解生成物と熱交換する。第２の蒸留塔１６から流出する重質油の温度は通常１００℃程度であるから、それを直接第１の熱交換装置１に供給すると、その熱交換反応器２の加熱に要する熱エネルギー量はそれに応じて増加する。
【００４９】
一方、熱分解反応器２から流出する熱分解生成物の温度は４００℃以上あるので、重質油をかかる高温の分解生成物と熱交換することにより、前記熱エネルギー消費量が大幅に抑制される。しかも高温の分解生成物は凝縮器１３で冷却水により６０℃程度まで冷却して凝縮させるので、その冷却に要するエネルギーも抑制できるという利点もある。
【００５０】
図４は本発明に係るモノマー回収方法を実施する装置のさらに他のプロセスフロー図である。本実施の形態が図２の実施の形態と異なる部分は、第２の蒸留塔１６で分離された重質油を第２の熱分解装置３０に供給する前に熱交換器３１で加熱するように構成した点で、その他の部分は同様に構成される。従って同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５１】
図４の実施の形態によれば、図２と図３の各実施の形態の利点を兼ね備えたモノマー回収方法を達成できる。すなわち第２の蒸留装置１６で分離された重質油を熱交換器３１で第１の熱分解装置１からの分解生成物と熱交換することにより、第２の熱分解装置３０の熱エネルギー消費量が抑制されると共に、前記分解生成物を凝縮する凝縮器１３のエネルギー消費も抑制できる。また重質油を熱分解する第２の熱分解装置３０を設けることにより、第１の熱分解装置１におけるプラスチックの熱分解条件と重質油の熱分解条件をそれぞれ独立して設定することができる。
【００５２】
【実施例１】
次に本発明の実施例を示す。
図１の回収装置により廃ポリスチレンからスチレンモノマーを回収した。第１の熱分解装置１を構成する熱分解反応器２として、直径１００ｍｍ、長さ１０ｍのステンレス製直管を使用し、その周囲を囲む加熱部３に燃焼炉１０から８００℃の燃焼ガスを供給した。熱分解反応器２を酸素不存在下、熱分解温度７００℃、圧力５０Ｔｏｒｒに維持し、その導入部４に供給装置６から溶融ポリスチレンを１００Ｋｇ／ｈの流量で連続的に供給した。
【００５３】
溶融ポリスチレンは熱分解反応器２を通過する間に熱分解され、排出部５からガス状の熱分解生成物が流出した。この流出物を凝縮器１３で凝縮し、その液成分を第１の蒸留装置１４の中段に供給して５０Ｔｏｒｒの圧力で減圧蒸留し、その塔底流出物を第２の蒸留塔１６の中段に供給して５０Ｔｏｒｒの圧力で減圧蒸留した。第１の蒸留塔１４の塔頂流出物からトルエンを主成分とする低沸点成分が３Ｋｇ／ｈの割合で得られ、第２の蒸留塔１６の塔頂流出物からスチレンモノマーが６５Ｋｇ／ｈの割合で得られた。残りの低沸点成分は、減圧装置を経て燃焼炉１０に供給して燃焼した。
【００５４】
一方、第２の蒸留塔１６の塔底部から重質油が３０Ｋｇ／ｈの流量で得られ、熱分解の初期にはその重質油の全量を第１の重質導入手段２６を構成する配管ｋから第１の熱分解装置１に戻し、そこで供給装置６からのプラスチックと共に熱分解した。重質油のリターン開始により熱分解反応器２から流出する分解生成物の量は次第に増加し、それによって最終的には第２の蒸留塔１６からのスチレンモノマーが８０Ｋｇ／ｈまで増加し、重質油が４５Ｋｇ／ｈまで増加して安定運転に入った。なお安定運転期では第２の蒸留塔１６から流出する重質油４５Ｋｇ／ｈのうち、第１の熱分解装置１に戻る量を３０Ｋｇ／ｈ、燃料タンク２３に回収する量を１５Ｋｇ／ｈになるように運転した。
【００５５】
上記安定運転に入った時点のスチレンの回収率は、供給ポリスチレンに対して８０％程度に達した。また本回収装置によりポリスチレンを熱分解した場合、第１の熱分解装置１には溶融ポリスチレンと重質油が渾然一体として流れるので、熱分解反応管２内の蒸気流速が増加し、それによって熱分解反応管２内部に付着する不純物による汚れも付き難くなることが分かった。
【００５６】
【実施例２】
図２の回収装置により廃ポリスチレンからスチレンモノマーを回収した。第１の熱分解装置１、第１の蒸留装置１４、第２の蒸留装置１６を実施例１と同様なものを使用し、それらの運転状態も実施例１と同様とした。また第２の熱分解装置３０も第１の熱分解装置１と同様なものを使用し、常圧下に温度７００℃で運転した。その結果安定運転に入った状態で、スチレンの回収率は供給ポリスチレンに対して８５％程度に達した。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明に係るモノマー回収方法は、プラスチックを熱分解装置で酸素不存在下に加熱して連続的に熱分解し、熱分解装置から流出する分解生成物を蒸留してモノマーを回収する方法において、蒸留により分離された重質油を熱分解装置から流出する分解生成物と熱交換し、その重質油をさらに熱分解装置で熱分解し、その分解生成物を蒸留することを特徴とするモノマー回収方法である。
【００５８】
上記回収方法によれば、蒸留装置で得られた重質油を熱分解装置で熱分解するので、目的とするモノマーの収率を大幅に向上できる。しかも従来は燃料として使用していた重質油を利用価値の高いプラスチック原料等にリサイクルできる。
【００５９】
さらに、熱分解する前の重質油を熱分解装置から流出する分解生成物と熱交換することができるので、熱分解装置における熱エネルギー消費を大幅に抑制できると共に、熱分解装置から流出する分解生成物を凝縮する凝縮器に要する冷却エネルギーも抑制できる。
【００６０】
また請求項３の発明に係るモノマー回収装置は、第１の熱分解装置１と、第１の熱分解装置１から流出する分解生成物を蒸留する蒸留装置４０と、蒸留装置４０で分離されたモノマーを回収するモノマー回収タンク２２と、蒸留装置４０で分離された重質油を熱分解装置から流出する分解生成物と熱交換し、その重質油を前記第１の熱分解装置１に導入する第１の重質油導入手段２６を備えていることを特徴とする。
本装置によれば前記モノマー回収方法を効率よく実施することができる。さらに熱分解する前の重質油を熱分解装置から流出する分解生成物と熱交換するので、熱分解装置における熱エネルギー消費を大幅に抑制できる。
【００６１】
また請求項４の発明に係るモノマー回収装置は、第１の熱分解装置１と、第１の熱分解装置１から流出する分解生成物を蒸留する蒸留装置４０と、蒸留装置４０で分離されたモノマーを回収するモノマー回収タンク２２と、蒸留装置４０で分離された重質油を熱分解する第２の熱分解装置３０と、前記重質油を第２の熱分解装置３０に導入する第２の重質油導入手段２７を備え、第２の熱分解装置３０から流出する分解生成物を前記蒸留装置４０で蒸留するように構成し、第１の重質油導入手段２６または第２の重質油導入手段２７に熱交換器３１を設け、その熱交換器３１で重質油を第１の熱分解装置１から流出する分解生成物と熱交換するように構成したことを特徴とする。
【００６２】
本装置によれば前記モノマー回収方法を効率よく実施することができる。さらにプラスチックの熱分解条件と重質油の熱分解条件を互いに独立して設定できるので、目的とするモノマーの収率をより一層高めることができる。
【００６３】
さらに、熱分解装置における熱エネルギー消費を大幅に抑制できると共に、熱分解装置から流出する分解生成物を凝縮する凝縮器に要する冷却エネルギーも抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモノマー回収方法を実施する装置のプロセスフロー図。
【図２】本発明に係るモノマー回収方法を実施する装置の他のプロセスフロー図。
【図３】本発明に係るモノマー回収方法を実施する装置のさらに他のプロセスフロー図。
【図４】本発明に係るモノマー回収方法を実施する装置のさらに他のプロセスフロー図。
【符号の説明】
１第１の熱分解装置
２熱分解反応器
３加熱部
４導入部
５排出部
６供給装置
７ホッパ
８モータ
９溶融押出部
１０燃焼炉
１１バーナ
１２ブロワ
１３凝縮器
１４第１の蒸留塔
１５リボイラ
１６第２の蒸留塔
１７リボイラ
２２モノマー回収タンク
２３燃料タンク
２４油ポンプ
２５流量計
２６第１の重質油導入手段
２７第２の重質油導入手段
３０第２の熱分解装置
３１熱交換器
４０蒸留装置
Ｖ１，Ｖ２調整弁
Ｄ１，Ｄ２ダクト
ａ〜ｌ配管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and a recovery device for recovering monomers by heating and continuously cracking plastics such as waste plastic in the absence of oxygen, and distilling the decomposition products to achieve a particularly high monomer recovery rate. It relates to such a method and apparatus.
[0002]
[Prior art]
Various plastics discharged from factories and homes include olefin resins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), and styrene resins such as polystyrene (PS) and acrylic-butadiene-styrene copolymer (ABS). There is something. In order to recover useful components as resources from these waste plastics, a method is generally employed in which thermal decomposition is performed in the absence of oxygen and the decomposition products are recovered as fuel oil or the like.
[0003]
In addition, a method in which a decomposition product obtained by thermal decomposition is further distilled and recovered as a highly pure monomer is also employed. Such high-purity monomers are useful because they can be recycled as high-quality plastic raw materials and other chemical raw materials. In particular, since a large amount of styrene resin is discharged as waste plastic, a technique for thermally decomposing it and recovering it as a styrene monomer is important from a commercial viewpoint.
[0004]
In general, a thermal decomposition apparatus is used for thermally decomposing plastics. Typical examples include a tank-type thermal decomposition apparatus and a tube-type thermal decomposition apparatus.
The tank-type thermal decomposition apparatus has a tank body with a bottom formed in a conical shape, a plastic charging part above and a gas discharge part for discharging gaseous decomposition products, and a residue generated by pyrolysis at the bottom. Residue discharge portions to be discharged are respectively provided, and a heating portion constituted by a heat insulating wall is disposed around the discharge portion. Since the tank-type pyrolysis apparatus can take a long residence time of plastic in the tank body, it is suitable for a batch system operation that requires a certain residence time, but a continuous operation is also possible.
[0005]
The tube-type pyrolysis apparatus is constituted by an elongated pyrolysis reaction tube, and a heating unit constituted by a heat insulating wall is disposed around the tube-type pyrolysis device. And when plastic is introduced from one end (introduction part) of the pyrolysis reactor heated to the pyrolysis temperature in the heating part, the plastic is gradually pyrolyzed in the absence of oxygen while passing through the inside, A gaseous decomposition product is discharged from the other end (discharge portion).
[0006]
The tube-type pyrolysis apparatus has the advantage that the heat transfer area per volume is large, the apparatus is small and the pyrolysis speed is high, and is particularly suitable for continuous operation. There are tube-type pyrolyzers with and without a screw for discharging residue. The former type allows easy discharge of residues, but the volumetric efficiency is reduced by the amount of the screw. It has the opposite feature.
[0007]
In general, when a useful monomer component is recovered by thermally decomposing a plastic, various by-products are produced as by-products in addition to the target monomer component due to the thermal decomposition. For example, when polystyrene is thermally decomposed, by-products such as styrene dimer, styrene trimer, toluene, ethylbenzene, and α-methylstyrene are formed in addition to the styrene monomer. In addition to by-products, many undecomposed products remain depending on temperature and pressure conditions.
[0008]
According to experiments so far, it has been found that when a plastic is pyrolyzed, the yield of monomer components increases when pyrolyzed at a high temperature. For example, the thermal decomposition temperature for producing styrene monomer in high yield from polystyrene is preferably about 700 ° C. On the other hand, when pyrolysis is performed at a low pressure, particularly in a reduced pressure region, the formation of by-products is suppressed, and the yield of monomer components is increased. These tendencies are similar when pyrolyzing various plastics.
[0009]
The decomposition product is separated by distillation operation into styrene monomer and heavy oil which is higher boiling component than styrene monomer, such as toluene which is lower boiling component than styrene monomer. By this distillation operation, about 70% of styrene monomer of polystyrene supplied to the thermal decomposition apparatus can be recovered, and other components are combusted in a combustion furnace or the like that supplies a heat source to the thermal decomposition apparatus or distillation apparatus.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method has a monomer recovery rate of about 70%, and there has been a strong demand for an improvement in the recovery rate.
Therefore, an object of the present invention is to provide a monomer recovery method that can achieve a higher recovery rate than the conventional method, and a recovery device that implements the method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, a plastic is continuously pyrolyzed by heating in the absence of oxygen in a pyrolysis apparatus, and a decomposition product flowing out from the pyrolysis apparatus is distilled to form a monomer. How to recoverInSeparated by distillationHeat exchange of heavy oil with cracked products flowing out of the pyrolyzerHeavy oil is further pyrolyzed with a pyrolyzer, and the decomposition product is distilled.Monomer recovery method.
[0013]
  The present invention according to claim 2 is the invention according to claim 1.,plasticButStyrenic resinIt is a monomer recovery method characterized by being.
[0014]
  The present invention according to claim 3Is a device that continuously decomposes plastics by heating in the absence of oxygen, and distills the product to recover monomers.InThe first thermal decomposition apparatus, the distillation apparatus for distilling the decomposition product flowing out from the first thermal decomposition apparatus, the monomer recovery tank for recovering the monomer separated by the distillation apparatus, and the distillation apparatusHeat exchange of heavy oil with cracked products flowing out of the pyrolyzer1st heavy oil introduction means which introduce | transduces heavy oil into said 1st thermal decomposition apparatus, It is characterized by the above-mentioned.Monomer recovery device.
[0015]
  The present invention according to claim 4Is a device that continuously decomposes plastics by heating in the absence of oxygen, and distills the product to recover monomers.InA first thermal decomposition apparatus; a distillation apparatus for distilling a decomposition product flowing out from the first thermal decomposition apparatus; a monomer recovery tank for recovering a monomer separated by the distillation apparatus; and a heavy separated by the distillation apparatus A second pyrolysis device for thermally decomposing oil; and a second heavy oil introduction means for introducing the heavy oil into the second pyrolysis device, and a decomposition product flowing out from the second pyrolysis device Configured to distill with the distillation apparatus,A heat exchanger is provided in the first heavy oil introduction means or the second heavy oil introduction means, and the heat exchange of the heavy oil with the decomposition products flowing out from the first thermal decomposition apparatus is performed in the heat exchanger. To configureCharacterized byMonomer recovery device.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process flow diagram of an apparatus for carrying out a monomer recovery method according to the present invention. In the figure, 1 is a first pyrolysis apparatus, 2 is a tubular pyrolysis reactor, 3 is a heating section, 4 is an introduction section, 5 discharge section, 6 is a supply apparatus, 7 is a hopper, 8 is a motor, 9 Is a melting extruder, 10 is a combustion furnace, 11 is a burner, 12 is a blower, 13 is a condenser, 14 is a first distillation column, 15 is a reboiler, 16 is a second distillation column, 17 is a reboiler, and 22 is a monomer. A recovery tank, 23 is a fuel tank, 24 is an oil pump, 25 is a flow meter, 26 is a first heavy oil introduction means, 40 is a distillation device, V1 and V2 are regulating valves, D1 and D2 are ducts, a to k Is piping.
[0018]
The pyrolysis apparatus 1 includes a tubular pyrolysis reactor 2 and a heating unit 3 arranged so as to cover the periphery of the pyrolysis reactor 2. The pyrolysis reactor 2 formed in an elongated straight cylindrical shape is made of a metal material such as stainless steel having excellent heat resistance and heat conductivity, and is provided with an introduction portion 4 for introducing plastic at one end thereof. A discharge part 5 for discharging a gaseous decomposition product is provided at the end of the gas. The plastic continuously introduced from the introduction unit 4 is thermally decomposed while moving inside the thermal decomposition reactor 2, and the obtained decomposition product is continuously discharged from the discharge unit 5.
[0019]
The diameter of the pyrolysis reactor 2 is about several tens to several hundreds mm, and the length is about 1 to several tens of meters. However, the diameter is not limited to this, and the diameter and length are increased when the processing amount is increased. Increase the size as appropriate. In the vicinity of the discharge portion 5 of the pyrolysis reactor 2, it is desirable to provide a trap having an enlarged diameter for collecting carbide residues generated during the pyrolysis.
[0020]
The heating unit 3 has a cylindrical heating chamber surrounded by a heat insulating wall, and a heating gas (combustion gas) of about 800 ° C. generated in the combustion furnace 10 is supplied into the heating chamber by a duct D1, and after the heat exchange The exhaust gas is used as a heating source for the reboiler 15 for heating the first distillation column 14 and the reboiler 17 for heating the second distillation column 16 from the duct D2 provided with an exhaust fan (not shown), and then the exhaust gas treatment device. (Not shown).
[0021]
The combustion furnace 10 is provided with a burner 11 for burning heavy oil or other liquid fuel supplied from a fuel tank 23, and a blower 12 for supplying combustion air. An auxiliary burner (not shown) for combusting the component gases is provided. The high-temperature combustion gas generated by the combustion is supplied to the heating unit 3 from the duct D1 as a heating gas.
[0022]
In order to supply molten plastic to the pyrolysis reactor 2, a supply device 6 is provided. The supply device 6 can generally use an extruder for plastic injection molding, and usually includes a hopper 7, a motor 8, and a melt extrusion unit 9. A plastic piece finely pulverized by a pulverizer (not shown) is received by the hopper 7 via a pipe a from a feeder or the like, and is supplied from there to the melt extrusion unit 9.
[0023]
An electric heater is built in the melt-extrusion unit 9, and the supplied plastic piece is heated and melted at, for example, 150 ° C to 250 ° C. The molten plastic is extruded from the melt extrusion section 9 containing a screw rotating at a predetermined speed to the pipe b and supplied to the introduction section 4 of the pyrolysis reactor 2.
[0024]
The gaseous decomposition product flowing out from the discharge part 5 of the thermal decomposition reactor 2 is introduced into a condenser (condenser) 13 through a pipe c. The decomposition product exchanges heat with a cooling medium such as cooling water in the heat exchange section of the condenser 13, and the condensed high boiling point component is supplied to the distillation apparatus 40 through the pipe d. The distillation apparatus 40 includes a first distillation column 14 and a second distillation column 16, and a pipe d from the condenser 13 is connected to the middle stage of the first distillation column 14. On the other hand, the low boiling point component that is not condensed by the condenser 13 is sucked into a pipe e provided with a decompression device such as a vacuum pump. In addition, since the low boiling point component discharged from the decompression device generally has a bad odor, it is supplied to an auxiliary burner (not shown) of the combustion furnace 10 or supplied to another incinerator and incinerated.
[0025]
A reboiler 15 is installed at the bottom of the first distillation column 14, and a decompression device is connected to the pipe e extending from the top of the column. A condenser 13 is provided in the pipe e from the first distillation column 14 to the decompression device, and a part of the liquid component condensed in the condenser 13 is refluxed to the upper part of the first distillation column 14, and the remaining light oil is removed. In order to use it as fuel, it is discharged to the fuel tank 23, and the non-condensed components are discharged to the decompression device.
[0026]
The bottom of the first distillation column 14 is connected to the middle stage of the second distillation column 16 by a pipe f provided with a pump (not shown), and the high-boiling components separated in the first distillation column 14 are second. The distillation column 16 is supplied. A reboiler 17 is installed at the bottom of the second distillation column 16, and a pipe g is connected to the top of the column. A monomer recovery tank 22 such as a recovery tank is connected to the pipe g. In addition, the condenser 13 is also provided in the pipe g from the second distillation column 16 to the monomer recovery tank 22, and a part of the liquid component condensed in the condenser 13 is refluxed to the upper part of the second distillation column 16. The rest is discharged as styrene, and the non-condensed components are led to a decompression device.
[0027]
A pipe h is connected to the bottom of the second distillation column 16, and the tip of the pipe h is connected to the fuel tank 23. Heavy oil is discharged from the bottom of the second distillation column 16 and is recovered in the fuel tank 23 by a pipe h provided with an oil pump 24 and a regulating valve V2. Furthermore, the piping k provided with the regulating valve V1 branches from the outlet side of the regulating valve V2 in the piping h, and the tip of the piping k is connected to the piping b. As will be described later, the heavy oil in the pipe k is introduced into the pyrolysis reactor 2 where it is pyrolyzed. The first heavy oil introducing means 26 is constituted by the pipe k.
[0028]
Between the condenser 13 of the decomposition product and the decompression device, between the condenser 13 provided on the piping e from the first distillation column 14 and the decompression device, and on the piping g from the second distillation column 16. A regulating valve (not shown) is provided between the pressure reducing device and the pressure reducing device, and the pressure reducing level of the condenser can be set by each regulating valve.
[0029]
As described above, the decompression level of the pyrolysis apparatus 1 (specifically, the pyrolysis reactor 2) can be set by adjusting the decompression level of the decomposition product condenser 13, and the first distillation. The pressure reduction level of the first distillation column 14 can be set by adjusting the pressure reduction level of the condenser 13 provided in the piping e from the column 14, and the condenser 13 provided in the piping g from the second distillation column 16. The decompression level of the second distillation column 16 can be set by adjusting the decompression level.
[0030]
Next, a method for recovering monomers from plastic using the monomer recovery apparatus will be described. In the following description, waste polystyrene is used as an example of plastic, but the same applies to other plastics. In the case of polyolefin, the gasoline yield can be increased.
Prior to the pyrolysis, the pyrolysis system and distillation system from the pyrolysis reactor 2 to the second distillation column 16 are replaced with an inert gas such as nitrogen gas while operating a decompression device (not shown). The system is made oxygen-free.
[0031]
When the replacement operation with the inert gas in the system is completed, the internal pressures of the pyrolysis reactor 2, the first distillation column 14, and the second distillation column 16 are set to a predetermined reduced pressure value by the adjusting valve. In addition, a pressure measuring device is installed in each of the pyrolysis reactor 2, the first distillation column 14, and the second distillation column 16, and each control valve is controlled by a controller so that the measured pressure value becomes a preset value. Can be automatically controlled.
[0032]
Along with the above operations, the temperatures of the pyrolysis reactor 2, the first distillation column 14, and the second distillation column 16 are raised to a range suitable for pyrolysis and distillation. Specifically, the temperature of the pyrolysis reactor 2 is adjusted by adjusting the heating gas supply amount to the heating unit 3, and the first distillation column 14 and the first distillation column 14 are adjusted by adjusting the heating gas supply amount to the reboilers 15 and 17. The temperature of the second distillation column 16 is adjusted.
[0033]
Further, together with the above operations, the supply device 6 is operated to prepare for the supply of molten polystyrene to the pyrolysis reactor 2. Waste polystyrene (hereinafter simply referred to as polystyrene) is pulverized to about 10 mm or less by a pulverizer and supplied to the hopper 7 of the supply device 6 by a feeder (not shown). When polystyrene is a foam, the volume is reduced using a solvent such as styrene, and is further granulated before being supplied to the hopper 7.
[0034]
The polystyrene supplied from the hopper 7 to the melt extrusion unit 9 by the motor 8 is heated to 150 ° C. to 250 ° C. and melted there. The obtained molten polystyrene is extruded from the melt extrusion part 9 operated at a predetermined screw speed, and flows into the introduction part 4 of the pyrolysis reactor 2 through the pipe b. While passing through the tube, the molten polystyrene flowing into the pyrolysis reactor 2 is gradually pyrolyzed and evaporated in the absence of oxygen at a temperature of 500 ° C. to 700 ° C. and a pressure of about 50 Torr, and a gaseous decomposition product is formed. It flows out from the discharge part 5 at the other end.
[0035]
In the decomposition product, styrene dimer, styrene trimer, toluene and the like are contained as by-products in addition to the styrene monomer. The decomposition product flowing out from the discharge section 5 is introduced into the condenser 13 through the pipe c, and the high boiling point component cooled and condensed there is provided in the middle stage of the first distillation column 14 through the pipe d provided with a pump (not shown). The low-boiling point components that are supplied and not condensed flow out to the pipe e.
[0036]
The first distillation column 14 may be either a lashing ring, a pole ring, a packed type filled with other high-performance ordered packings, or a tray type, but a reduced pressure of about 20 to 100 Torr that can be distilled at a relatively low temperature. A packed type is desirable for performing distillation. When vacuum distillation is performed by heating the reboiler 15 in the first distillation column 14, low-boiling components such as toluene having a boiling point lower than that of the styrene monomer are distilled from the top of the column and discharged to a condenser 13 (not shown). In addition, the distillation rate of a low boiling point component is about 3 to 5% of the supplied polystyrene.
[0037]
The low boiling point component that does not condense in the condenser 13 flows out to the decompression device. A part of the condensed liquid component is refluxed to the upper stage of the first distillation column 14, and the rest flows out to the fuel tank 23. The reflux ratio of the first distillation column 14 is desirably about 50. On the other hand, a high boiling point component flows out from the bottom of the first distillation column 14 and is supplied to the middle stage of the second distillation column 16 through the pipe f.
[0038]
The second distillation column 16 is the same as the first distillation column 14, and the high-boiling component containing a styrene monomer is distilled under reduced pressure at a pressure in the range of 20 to 100 Torr. When vacuum distillation is performed by heating the reboiler 17 in the second distillation column 16, styrene monomer is distilled from the top of the column and discharged to the condenser 13.
[0039]
In the condenser 13 attached to the second distillation column 16, a component substantially consisting of styrene monomer is condensed, and a part thereof is refluxed to the upper stage of the second distillation column 16, and the rest is a cooler (see FIG. (Not shown) and then recovered in the monomer recovery tank 22. Note that the reflux ratio of the second distillation column 16 = the reflux amount / the recovered amount is preferably about 3.
[0040]
A component having a high boiling point flows out as heavy oil from the bottom of the second distillation column 16, and the pyrolysis reactor 2 is introduced from a pipe k provided with a regulating valve V1 via a pipe h provided with an oil pump 24. Supplied to the unit 4 side. When the heavy oil flowing out from the bottom of the second distillation column 16 is partially supplied to the pipe k instead of the entire amount, the remaining part is recovered in the fuel tank 23 via the regulating valve V2 and a cooler (not shown). The
[0041]
The styrene monomer contained in the decomposition product flowing out from the thermal decomposition reactor 2 is purified to a high purity by these distillation operations. For example, when the first distillation column 14 and the second distillation column 16 having a height of about 10 m are used and vacuum distillation is performed under the above-described conditions, about 99.7% of the styrene monomer having a purity of about 99.7% is recovered. The The heavy oil separated by the distillation operation is about 20 to 30% of the polystyrene supply amount.
[0042]
As described above, the heavy oil separated in the second distillation column 16 occupies a large weight at 20 to 30% of the polystyrene supply amount. Therefore, in the present embodiment, the heavy oil is returned to the introduction portion 4 side of the pyrolysis reactor 2 in the first pyrolysis apparatus 1 and pyrolyzed again, and converted into a low-boiling styrene monomer or the like, The recovery rate of styrene monomer is greatly improved. By adjusting the two regulating valves V1 and V2 while monitoring the flow meter 25, the ratio of the amount thermally decomposed by the first thermal decomposition apparatus 1 and the amount recovered in the fuel tank 23 can be changed.
[0043]
FIG. 2 is another process flow diagram of an apparatus for carrying out the monomer recovery method according to the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in FIG. 1 except that the heavy oil separated from the second distillation column 16 and flowing into the pipe k is provided separately from the first pyrolysis apparatus 1. It is the point which comprised so that the decomposition product obtained by supplying to the thermal decomposition apparatus 30 of this, and thermally decomposing there may be supplied to the piping c to the condenser 13, The other part is comprised similarly. Accordingly, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0044]
As described above, the heavy oil is supplied to the second pyrolysis device 30 through the pipe k. The pyrolyzed decomposition product is supplied to the pipe c on the discharge unit 5 side in the first thermal decomposition apparatus 1 through the pipe l. The pipe k constitutes the second heavy oil introducing means 27.
[0045]
The second pyrolysis device 30 is configured in the same manner as the first pyrolysis device 1. That is, it includes a tubular pyrolysis reactor 2 and a heating unit 3 arranged so as to cover the periphery thereof, and a heavy oil introduction unit 4 is provided at one end of the pyrolysis reactor 2, and the other A discharge portion 5 for gaseous decomposition products is provided at the end. And heating gas is supplied to the heating part 3 from the duct D1, and it discharges | emits from the duct D2 after heat exchange. The processing capacity of the second pyrolysis apparatus 30 is appropriately set depending on the desired amount of heavy oil pyrolysis.
[0046]
Thus, if it comprises so that the thermal decomposition of polystyrene may be performed in the 1st thermal decomposition apparatus 1, and the heavy oil may be thermally decomposed in the 2nd thermal decomposition apparatus 30, the thermal decomposition conditions of polystyrene and the heat of heavy oil There is an advantage that the decomposition conditions can be set independently of each other. For example, when polystyrene is thermally decomposed under reduced pressure, the production rate of by-products decreases. However, heavy oil is more likely to be completely decomposed when it is thermally decomposed at normal pressure, since the residence time of thermal decomposition can be extended.
[0047]
FIG. 3 is still another process flow diagram of an apparatus for carrying out the monomer recovery method according to the present invention. 1 differs from the embodiment of FIG. 1 in that the heavy oil separated in the second distillation column 16 is heated by the heat exchanger 31 before being supplied to the first pyrolysis apparatus 1. The other parts are configured in the same manner. Accordingly, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0048]
The heavy oil is supplied to the heat exchanger 31 through the pipe k (first heavy oil introducing means 26), and exchanges heat with the decomposition products flowing out from the thermal decomposition reactor 2 in the first thermal decomposition apparatus 1. . Since the temperature of the heavy oil flowing out from the second distillation column 16 is usually about 100 ° C., if it is supplied directly to the first heat exchange device 1, the amount of heat energy required for heating the heat exchange reactor 2 Will increase accordingly.
[0049]
On the other hand, since the temperature of the pyrolysis product flowing out from the pyrolysis reactor 2 is 400 ° C. or more, the heat energy consumption is greatly suppressed by exchanging heavy oil with the high-temperature decomposition product. The Moreover, since the high-temperature decomposition product is cooled to about 60 ° C. with the cooling water in the condenser 13 and condensed, there is an advantage that the energy required for the cooling can be suppressed.
[0050]
FIG. 4 is still another process flow diagram of the apparatus for carrying out the monomer recovery method according to the present invention. 2 differs from the embodiment of FIG. 2 in that the heavy oil separated in the second distillation column 16 is heated by the heat exchanger 31 before being supplied to the second pyrolysis device 30. The other parts are configured in the same manner. Accordingly, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0051]
According to the embodiment of FIG. 4, it is possible to achieve a monomer recovery method having the advantages of the embodiments of FIGS. 2 and 3. That is, the heavy oil separated by the second distillation apparatus 16 is heat-exchanged with the decomposition product from the first thermal decomposition apparatus 1 by the heat exchanger 31, so that the heat energy consumption of the second thermal decomposition apparatus 30 is achieved. The amount is suppressed, and the energy consumption of the condenser 13 that condenses the decomposition product can also be suppressed. In addition, by providing the second pyrolysis device 30 for thermally decomposing heavy oil, it is possible to independently set the thermal decomposition conditions of plastic and heavy oil in the first thermal decomposition device 1. it can.
[0052]
[Example 1]
Next, examples of the present invention will be described.
The styrene monomer was recovered from the waste polystyrene by the recovery device of FIG. As the pyrolysis reactor 2 constituting the first pyrolysis apparatus 1, a straight stainless steel pipe having a diameter of 100 mm and a length of 10 m is used, and combustion gas at 800 ° C. is supplied from the combustion furnace 10 to the heating unit 3 surrounding the circumference. Supplied. The pyrolysis reactor 2 was maintained at a pyrolysis temperature of 700 ° C. and a pressure of 50 Torr in the absence of oxygen, and molten polystyrene was continuously supplied to the introduction part 4 from the supply device 6 at a flow rate of 100 kg / h.
[0053]
Molten polystyrene was pyrolyzed while passing through the pyrolysis reactor 2, and gaseous pyrolysis products flowed out from the discharge part 5. The effluent is condensed in the condenser 13, and the liquid component is supplied to the middle stage of the first distillation apparatus 14 and distilled under reduced pressure at a pressure of 50 Torr. The bottom effluent is fed to the middle stage of the second distillation column 16. The mixture was fed and distilled under reduced pressure at a pressure of 50 Torr. A low boiling point component mainly composed of toluene is obtained from the top effluent of the first distillation column 14 at a rate of 3 Kg / h, and styrene monomer is 65 Kg / h from the top effluent of the second distillation column 16. Obtained in proportion. The remaining low-boiling components were supplied to the combustion furnace 10 through a decompression device and burned.
[0054]
On the other hand, heavy oil is obtained from the bottom of the second distillation column 16 at a flow rate of 30 kg / h, and at the initial stage of thermal decomposition, the entire amount of the heavy oil is piped constituting the first heavy introduction means 26. k was returned to the first pyrolysis apparatus 1 where it was pyrolyzed together with the plastic from the supply apparatus 6. As the return of heavy oil begins, the amount of cracked product flowing out of the thermal cracking reactor 2 gradually increases, so that eventually the styrene monomer from the second distillation column 16 increases to 80 kg / h. The quality oil increased to 45 kg / h and started stable operation. In the stable operation period, of the heavy oil 45 Kg / h flowing out from the second distillation column 16, the amount returned to the first pyrolysis device 1 is 30 Kg / h, and the amount recovered in the fuel tank 23 is 15 Kg / h. I drove to become.
[0055]
The recovery rate of styrene at the time when the stable operation was started reached about 80% with respect to the supplied polystyrene. In addition, when polystyrene is pyrolyzed by the recovery device, since the molten polystyrene and heavy oil flow in the first pyrolysis device 1 as a whole, the steam flow rate in the pyrolysis reaction tube 2 increases, thereby increasing the heat. It was found that contamination due to impurities adhering to the inside of the decomposition reaction tube 2 is difficult to be attached.
[0056]
[Example 2]
The styrene monomer was recovered from the waste polystyrene by the recovery device shown in FIG. The same thing as Example 1 was used for the 1st pyrolysis apparatus 1, the 1st distillation apparatus 14, and the 2nd distillation apparatus 16, and those operation states were also made the same as that of Example 1. The second pyrolyzer 30 was also the same as the first pyrolyzer 1 and was operated at a temperature of 700 ° C. under normal pressure. As a result, the recovery rate of styrene reached about 85% with respect to the supplied polystyrene in a state of stable operation.
[0057]
【The invention's effect】
  As described above, in the monomer recovery method according to the first aspect of the present invention, the plastic is thermally decomposed continuously in the absence of oxygen by a thermal decomposition apparatus,Pyrolysis equipmentThe decomposition products flowing out ofIn the waySeparated by distillationHeat exchange of heavy oil with cracked products flowing out of the pyrolyzerHeavy oil is further pyrolyzed with a pyrolyzer, and the decomposition product is distilled.Monomer recovery method.
[0058]
According to the above recovery method, the heavy oil obtained by the distillation apparatus is pyrolyzed by the pyrolysis apparatus, so that the yield of the target monomer can be greatly improved. In addition, heavy oil that has been used as fuel in the past can be recycled into high-use plastic materials.
[0059]
  further,Heavy oil before pyrolysis can be heat exchanged with the cracked products flowing out of the pyrolysis unitSoThe heat energy consumption in the thermal decomposition apparatus can be greatly suppressed, and the cooling energy required for the condenser that condenses the decomposition products flowing out from the thermal decomposition apparatus can be suppressed.
[0060]
  AlsoClaim 3The monomer recovery apparatus according to the invention recovers the first thermal decomposition apparatus 1, the distillation apparatus 40 that distills the decomposition product flowing out from the first thermal decomposition apparatus 1, and the monomer separated by the distillation apparatus 40. Separated by the monomer recovery tank 22 and the distillation apparatus 40Heat exchange of heavy oil with cracked products flowing out of the pyrolyzerA first heavy oil introduction means 26 for introducing heavy oil into the first thermal decomposition apparatus 1 is provided.
  According to this apparatus, the monomer recovery method can be carried out efficiently.Furthermore, since the heavy oil before pyrolysis is heat-exchanged with the decomposition product flowing out from the pyrolysis apparatus, the heat energy consumption in the pyrolysis apparatus can be greatly suppressed.
[0061]
  AlsoClaim 4The monomer recovery apparatus according to the invention recovers the first thermal decomposition apparatus 1, the distillation apparatus 40 that distills the decomposition product flowing out from the first thermal decomposition apparatus 1, and the monomer separated by the distillation apparatus 40. Monomer recovery tank 22, second pyrolysis device 30 for pyrolyzing heavy oil separated by distillation device 40, and second heavy oil for introducing the heavy oil into second pyrolysis device 30 An introduction means 27, configured to distill the decomposition product flowing out of the second thermal decomposition apparatus 30 with the distillation apparatus 40;A heat exchanger 31 is provided in the first heavy oil introducing means 26 or the second heavy oil introducing means 27, and a decomposition product in which the heavy oil flows out from the first thermal decomposition apparatus 1 in the heat exchanger 31. Configured to exchange heat withIt is characterized by that.
[0062]
According to this apparatus, the monomer recovery method can be carried out efficiently. Furthermore, since the thermal decomposition conditions of the plastic and the heavy oil can be set independently of each other, the yield of the target monomer can be further increased.
[0063]
  further,The heat energy consumption in the thermal decomposition apparatus can be greatly suppressed, and the cooling energy required for the condenser that condenses the decomposition products flowing out from the thermal decomposition apparatus can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process flow diagram of an apparatus for carrying out a monomer recovery method according to the present invention.
FIG. 2 is another process flow chart of an apparatus for carrying out the monomer recovery method according to the present invention.
FIG. 3 is still another process flow diagram of an apparatus for carrying out the monomer recovery method according to the present invention.
FIG. 4 is still another process flow diagram of an apparatus for carrying out the monomer recovery method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 First pyrolysis apparatus
2 Pyrolysis reactor
3 Heating part
4 Introduction
5 discharge section
6 Supply device
7 Hopper
8 Motor
9 Melt extrusion section
10 Combustion furnace
11 Burner
12 Blower
13 Condenser
14 First distillation column
15 Reboiler
16 Second distillation column
17 Reboiler
22 Monomer recovery tank
23 Fuel tank
24 Oil pump
25 Flow meter
26 First heavy oil introduction means
27 Second heavy oil introduction means
30 Second pyrolysis apparatus
31 heat exchanger
40 Distillation equipment
V1, V2 regulating valve
D1, D2 duct
a ~ l piping

Claims

In a method in which a plastic is heated in a pyrolysis device in the absence of oxygen and continuously pyrolyzed, and a decomposition product flowing out from the pyrolysis device is distilled to recover monomers, heavy oil separated by distillation is recovered. A monomer recovery method characterized by exchanging heat with a decomposition product flowing out from a thermal decomposition apparatus, further thermally decomposing the heavy oil with a thermal decomposition apparatus, and distilling the decomposition product.

The monomer recovery method according to claim 1, wherein the plastic is a styrene resin.

In an apparatus in which a plastic is heated in the absence of oxygen and continuously pyrolyzed, and the product is distilled to recover monomers, the first pyrolyzer 1 and the first pyrolyzer 1 flow out. The distillation apparatus 40 for distilling the cracked product, the monomer recovery tank 22 for recovering the monomer separated by the distillation apparatus 40, the cracked product and heat flowing out of the heavy oil separated by the distillation apparatus 40 from the thermal cracking apparatus A monomer recovery apparatus comprising a first heavy oil introducing means for exchanging and introducing the heavy oil into the first thermal decomposition apparatus.

In an apparatus in which a plastic is heated in the absence of oxygen and continuously pyrolyzed, and the product is distilled to recover monomers, the first pyrolyzer 1 and the first pyrolyzer 1 flow out. A distillation apparatus 40 for distilling the decomposition product, a monomer recovery tank 22 for recovering the monomer separated by the distillation apparatus 40, and a second thermal decomposition apparatus 30 for thermally decomposing heavy oil separated by the distillation apparatus 40; And a second heavy oil introduction means 27 for introducing the heavy oil into the second thermal cracking device 30 so that the decomposition product flowing out from the second thermal cracking device 30 is distilled by the distillation device 40. The heat exchanger 31 is provided in the first heavy oil introducing means 26 or the second heavy oil introducing means 27, and the heavy oil flows out of the first thermal decomposition apparatus 1 by the heat exchanger 31. and characterized by being configured to decomposition products heat exchange with Monomer recovery system that.