JPH115868A - 廃ポリスチレン樹脂の溶解及び油化法によるリサイクルシステム の確立 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】廃ポリスチレン樹脂の溶解油化法によるリサイ
クルシステムの確立 【解決手段】簡易スクリュー機，熱分解槽（攪拌機，電
気ヒーター付き），蒸発式熱交換器を有効に組み合わせ
ることにより廃ポリスチレンの溶解，溶融，熱分解油化
及び熱分解生成油の軽質油／重質油の分離を行う。ポリ
スチレン樹脂に高い溶解能力をもつ軽質油を溶媒とし又
軽質油は高温ガス化され廃ポリスチレンと直接接触させ
溶融熱分解を行う熱供給源として使用する。さらにその
装置に真空ポンプ，熱分解槽底抜き出し用スクリュー，
冷却槽，及びペレタイザーを付加する事により連続的に
溶媒である軽質油とポリスチレン樹脂の分離を行いペレ
ット化が可能な多目的装置とする。本装置を核としそこ
から得られる溶媒（軽質油）を廃ポリスチレンの発生場
所に設置した脱臭器付きの溶解槽に入れ溶解した廃ポリ
スチレンを本装置のある場所に回収する。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］本発明は廃ポリスチレン（発泡品
・トレー・容器）の発生場所である、市場・工場・スー
パー等に本溶媒を入れた溶解槽を設置し、その場で常温
で溶解し、高粘性の溶液をトラック等で収集、運搬後、
工場に設置されている溶媒回収装置（油化兼用）にて溶
媒とポリスチレン樹脂に分離して溶媒はそのまま再使用
する。又、ポリスチレン樹脂はペレット又は、成形品に
加工する一連の設備とリサイクルシステム（図−３参
照）に関する。

［従来の技術］廃ポリスチレン処理法として４５％は再
資源化されていない（焼却・埋立）５５％はマテリアル
再利用、溶融固化、ペレット化で再資源化される。その
うち、溶融固化が８０％を占める。ポリスチレン樹脂は
熱可塑性を持っているので高熱をかけると柔らかくなり
やがて溶融する。加熱法として、蒸気、熱風、直接加
熱、赤外線摩擦熱法がある。本発明に近い方法として溶
媒方式がある。廃ポリスチレンは、その原材料であるス
チレンによく溶解する性質を利用し、溶解させ、これを
３８℃、滞留時間３〜４時間与えて蒸発、熱分解させ、
さらに触媒を通して油化（スチレン液化）する方法。生
成油の全留分を溶媒として使用している。廃ポリスチレ
ン処理法の主流は溶融固化でコンスタントに多く発生す
る場所に設備を設け、製品価値として低いインゴットと
して引き取ってもらっている。本来は付加価値の高いバ
ージンペレットにして販売したいが、廃ポリスチレンの
中には異物（金属・アルミ・紙ラベル・石・他樹脂な
ど）が多く、数ミリ程度のペレットに加工する工程を妨
げてしまう。それらを除去する為には、高価な設備、多
くの人が必要となり、現法では経済性は全くない。他の
溶媒として柑橘系植物精油の「ｄ−リモネン」，鉱物油
が使用されている。

［発明が解決すべき課題］従来法の問題点を列挙すると １）発泡スチロール容器はカサ比重が非常に小さいので
もし減容なしで処理するなら広い蓄積場所と高い運搬
（空気を運ぶようなもの）コストがかかる。溶融固化設
備はスタートアップ時に人手・時間とエネルギーロスが
発生するので集中的処理を行うのが一般的である。その
為、処理する迄の広い保管場所が必要となる。

２）廃ポリスチレンの熱分解又は、接触分解生成油の全
留分（重質油を含む）を溶媒として使用する事は溶解能
力を下げ、かつ溶媒回収コストを高価なものとし回収し
たポリエチレン樹脂の品質を下げる。

３）他の溶媒（ｄ−リモネン）で廃ポリスチレンを溶解
させる時、１００〜１５０℃に加熱する必要があり安全
上溶解する場所が限定される。又、他の溶剤コストは本
発明よりかなり高い。

４）廃ポリスチレンを溶融固化してから付加価値の高い
バージンペレットを造ることは前処理（選別・破砕・異
物除去・洗浄と乾燥）に大変なコストがかかり、現状で
は経済的に成り立たない。又、従来の溶融固化は高温で
行うのでポリスチレンの大幅な分子量低下で非常にグレ
ードの低い製品となっている。

５）溶媒を回収せず（リサイクルしない）常に熱分解の
みにたよる事は高い運転コストとなり、経済的に成り立
たない。

６）廃ポリスチレンがコンスタントに多く発生する場所
のみ、溶暉固化装置で処理されているが、少量しか発生
しない場所では産業廃棄物業者に高い処理費（運搬費が
高い）を支払って回収してもらっている。即ち、超小型
の溶融機がない為、少量発生個所での廃ポリスチレン回
収効率は低い。

７）従来法でバージンペレット又は、成型品を造る時、
溶融する為に高価な押出機を使用する。

８）廃ポリスチレンの熱分解油化の場合加熱炉管内コー
キング問題等があり長期安定運転は難しい。又多くが間
接加熱の為効率が悪くスケールアップがやりにくい。

９）廃ポリスチレンの溶融，油化工程でスチレン臭等の
悪臭問題が未解決である。

以上、本発明は従来技術の問題点を全て解決することを
目的とする。

［課題を解決する為の手段］ １）ポリスチレンの熱分解生成油はポリスチレンを溶解
する事は良く知られているが本法は溶解効率を上げるた
めに熱分解生成油を軽質油（蒸留範囲１３０〜１７０
℃，比重０．８５０），と重質油に分離し軽質油を溶媒
として使用する。分離法は蒸留塔なしで蒸発式熱交換器
を採用した。

２）発泡スチロールの投入速度を上げる為，溶媒で溶解
後（１Ｌの溶媒に０．７ＫＧポリスチレンが溶解）コロ
イド状になるまで溶かし込んでからポンプを介してスク
リュー機にフイードする。

３）廃ポリスチレンには多くの異物（紙，魚，石，アル
ミ等）が含まれているためストレーナーで２段階処理
（一回目は溶解槽で二回目はスクリュー投入前）を行
う。

４）スクリュー機への熱供与は約３５０℃の軽質油ベー
パーをスクリュー側部より吹き込む。スクリューは多連
型，回転方向はギアによる外向回転で形状はリボンスク
リューが好ましい。軸の長さは約２Ｍである。樹脂温度
は約２３０℃に加熱される。

５）加熱溶融されたポリスチレン樹脂と軽質油は真空の
熱分解槽にフラッシュされポリスチレン樹脂と溶媒（軽
質油）に租分離される。ポリスチレン樹脂は熱分解槽底
部に設けられた攪拌翼と電気ヒーターにて混合，再加熱
されポリスチレン樹脂に溶解している溶媒はほとんど分
離し約９７％回収される。

６）分離された溶媒は熱交換器による熱回収と冷却器に
より液化されリサイクルされる。溶媒が不足したら熱分
解槽電気ヒーターにて３８０℃，４時間与えることによ
熱分解油が得られ蒸発式熱交換器にて軽質油／重質油に
粗分離される。

７）スクリュー機内に吹き込まれる高温ガスは軽質油を
ポンプで昇圧後熱交換器と加熱炉で加熱する事により得
られる。この時管内脈動及びコーキング防止するために
蒸発式熱交換器を設け加熱炉入口は完全ベーパーとなる
ように（相変化無し）考慮されている。流体は軽質油で
あるので５００℃の高温ガスにしてもコーキング問題は
クリアーされる。

８）熱分解ガス中には悪臭物質が濃縮してくるため加熱
炉にて焼却脱臭する。

９）熱分解槽底部のポリスチレン樹脂は簡易スクリュー
機出口に多孔板を設け，紐状に押しだし冷却槽で急冷後
ペレタイザーで３〜５ＭＭの長さに切断してペレットと
する。インゴットの場合は出口多孔板を取り除きそのま
ま冷却槽に落とし込む。

１０）本装置はコロイド状にしなくとも廃ポリスチレン
をスライド投入機を使用して４００℃の高温ガスと接触
溶解溶融する。

１１）溶解槽は図−１の構造となっている。臭気対策と
して投入口開となれば小型ブロアーが自動的にスタート
し空気と臭気ガスを吸引しそのガスは冷凍機で冷却し臭
気成分を凝縮分離する。尚、レジンペレットを製造する
とき、着色ポリスチレンは品質価値を下げる為に溶解槽
へ投入の除選別しなければならない。着色ポリスチレン
が混入しても問題とならないのは射出成形機で着色剤を
使用する成形品製造の場合である。

［発明の効果］ １）発生した場所ですぐに溶解する事は集積エリアを小
さくする。

２）溶媒の原材料は廃ポリスチレンである。運転コスト
のかかる油化モードは一番初めの溶媒確保と補充用のみ
で通常は、運転コストのかからない溶媒回収モード（温
度２３０〜２５０℃蒸発操作のみ）オペレーションであ
る。熱分解モードでは、１バッチ６時間必要であるが溶
媒回収モードでは３時間で可能。溶媒製造コストは安く
なる。

３）溶媒の溶解能力は熱分解のみでは溶媒１リットル当
たりポリスチレンを０，６ｋｇ、熱分解・接触分解では
０，７ｋｇ溶解する。輸送効率は溶融と変わらない。

４）発生した場所に設置する溶解槽の操作条件は常温
（加熱設備必要なし）、常圧であり、かつ火災、臭気対
策は十分とられている為、簡単な教育のみで誰でも投入
できる。本溶剤は引火点３５℃以上に調整される為に消
防法は第２石油類に相当する。

５）廃ポリスチレンの中には異物（金属、アルミ、紙、
砂、石、ガラス、野菜、魚、肉じる、他樹脂等）が多く
存在する。当然、溶解槽への投入者は異物除去に心掛け
なければならないが、もし誤って投入されたとしてもポ
リスチレンは溶媒で短時間で溶解し、高粘性の溶液とな
っていくが、他の異物は変化しないので、ストレーナー
を通すことにより異物のほとんどは除去され溶液（溶媒
＋ポリエチレン）のみスクリュー機へ導入される。即
ち、従来法では異物を除去する為に、破砕、異物分離、
選別、洗浄、乾燥工程を必要としたが、本発明では溶液
として扱う事で上記工程は全て削除できる。高付加価値
製品であるバージンペレット（着色ポリスチレンは除
外）が経済的に製造可能となる。

６）廃ポリスチレンを油化する場合、前処理設備（破砕
・減容）が必要であるが本発明ではそれら機器を全く必
要としない為に、非常に経済的である。

７）溶媒の蒸留範囲は熱分解のみで１３０〜２３０℃熱
分解・接触分解で１３０〜１９０℃と軽い為低温度で溶
媒回収ができる回収条件は、常圧のとき、温度は２３０
〜２５０℃で回収率は、約９０ｗｔ％圧力を減圧にすれ
ば、限りなく１００％に近づく。軽質な溶媒を比較的低
温度で分離させるため（蒸留操作もなし）溶剤回収コス
トは低く，ポリスチレン樹脂への熱劣化は小さくでき、
最終製品であるペレット又は、成形品の品質は良い。又
１つの装置で油化（熱分解）と溶媒回収及びペレット製
造を兼ねるので設備費は安く効率的である。

８）発生した場所に設置する溶解槽は、構造が簡単であ
るから、超小型から大型まで容易に製作できる。特に超
小型で対応できる事は、廃ポリエチレン樹脂が発生する
あらゆる場所に設置でき、その結果、廃ポリスチレン回
収率は従来法より格段に改善される。

９）本発明の廃ポリスチレンのリサイクルシステムを全
国に構築・拡大していけばスケールメリットが働き、市
場・工場・スーパーなどの処理費は従来より大幅に低下
する。又、家庭から排出されるゴミの中の発泡品、容器
類が減少するためにゴミのカサ比重が高くなり輸送効果
が改善される。

１０）従来法では、バージンペレット、成形品を造る
時、溶融するために高価な押出機を使用するが、本発明
は、溶媒回収槽の温度は、約２３０℃ありポリスチレン
樹脂は、完全に溶融している為、押出機は必要ない。簡
単なスクリュー機でよい。

１１）本法の熱供与は高温ガスを樹脂に直接接触させる
ためスケールアップが容易である。高温ガスの製造過程
ではコーキング等の問題は発生しない。なぜなら流体は
軽質油であり，脈動を防止するために還流熱交換器（蒸
発部付き）の設置，加熱炉管内は相変化のないよう入口
で完全ベーパーにしている。運転は安定している。

１２）廃ポリスチレンを溶融，熱分解するときスチレン
臭を発生するが完全にクローズで処理するため，又臭気
を含んだガスは加熱炉で焼却脱臭するため問題とならな
い。

［実施例］以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図−２は、本発明方法を実施するのに好適な装置の
概略構成図である。市場・工場・スーパー等で発生した
廃ポリスチレン（発泡品・容器）は，溶媒が１／２充填
された脱臭器付き溶解槽１０１に荒選別できる従業員に
よって投入される。溶解槽の溶液がコロイド状になれ
ば、トラツク（溶液槽と溶媒槽設置）に備えているポン
プ、ストレーナー１０２を通して、溶液をトラツクに積
み込む。次に溶媒をトラツクから溶解槽へ１／２充填す
る。溶液を積んだトラツクは工場（溶媒回収装置）へ行
き、再度ストレーナー１０５で異物を除去後、フィード
ポンプ１０４にてスクリュー機１０６へ導入する。溶剤
不足の時は、熱分解モードで運転するが、通常は溶剤回
収モードであるので、以下このモードで説明する。熱分
解槽１０８は、攪拌機１１０と電気ヒーター１１１を備
えており、真空下約２３０℃で運転する。スクリュー機
の加熱源は、溶媒と同じ留分を加熱炉フィードポンプ１
１７で加熱炉１１８へフイードし３００〜３３０℃迄昇
温しスクリュー機の側面１０９から直接吹き込んで熱の
供与と攪拌効果を与える。溶媒の蒸留範囲は１３０〜２
３０℃であるので常圧でかなりの溶媒は、蒸発するが、
出来るだけ１００％回収に近づけるために、熱分解槽は
真空状態で攪拌をかけながら電気ヒーターで再加熱を行
う。熱分解槽のポリスチレン樹脂中の油分は許容値以下
となる。分離された軽質油ガスは熱交換器１１２で熱回
収後，冷却されて液体となりリサイクルされる。又、溶
媒の一部は熱交換器１１２、加熱炉１１８で３３０℃に
加熱され、スクリュー機側面から吹き込まれる。熱分解
ガスと臭気物質は、ブロワー１２４で吸引されて加熱炉
で燃焼される。軽質油と水は比重差により分離される。
重質油は、加熱炉の燃料に使用される。熱分解槽に残っ
た約２３０℃のポリスチレン樹脂はスクリュー出口部に
取り付けられた多孔板１２１を通して紐状で押し出され
る。冷却槽１２２で固化し、これをペレタイザー１２３
により３〜５ＭＭ長さで切断してホッパーへ送り、袋詰
めし出荷される。

【図面の簡単な説明】

【図−１】発明の廃ポリスチレン溶解槽の好ましい実施
形態を示す模型図である。

【図−２】本発明の廃ポリスチレンの実施例を示す模型
図である。

【図−３】廃ポリスチレンリサイクルシステム図であ
る。

【符号の説明】

１０１．溶解槽 １０１−ａ．投入口 １０１−ｂ．冷凍分離器 １０１−ｃ．吸引ブロアー １０１−ｄ．溶媒戻り管 １０１−ｅ．投入口開閉スイッチ １０２．ストレーナー１ １０３．ストックタンク １０４．フイードポンプ １０５．ストレーナー２ １０６．スクリュー機 １０７．スライド式投入機 １０８．熱分解槽 １０９．スクリュー機高温ガス吹き込み口 １１０．攪拌機 １１１．電気ヒーター １１２．蒸発式熱交換器 １１３．冷却器 １１４．軽質油受槽 １１５．重質油受槽 １１６．熱分解ガス槽 １１７．加熱炉フイードポンプ １１８．加熱炉 １１９．燃料油供給ポンプ １２０．熱分解槽底スクリュー機 １２１．スクリュー機出口多孔板 １２２．冷却槽 １２３．ペレタイザー １２４．吸引ブロアー ア 軽質油 イ 重質油 ウ 残査 エ ペレット オ インゴット

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年１月５日

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図−１】

【図−２】

【図−３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｇ 1/10 ＺＡＢ Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０２Ａ ３０３Ｅ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】廃ポリスチレン（特に異物，汚れた発泡ス
   チロール）を簡易スクリュー機，熱分解槽（攪拌機，電
   気ヒーター付き），蒸発式熱交換器を有効に組み合わせ
   る事により溶解，溶融，熱分解油化及び熱分解生成油の
   軽質油／重質油の分離を行う。ポリスチレン樹脂に高い
   溶解能力を持つ軽質油を溶媒とし又軽質油は高温ガス化
   され廃ポリスチレンとの直接接触により溶融熱分解の熱
   供給源として使用する。さらにその装置に真空ポンプ，
   熱分解槽底抜き出し用スクリュー，冷却槽及びペレタイ
   ザーを付加する事により連続的に溶媒とポリスチレン樹
   脂の分離とペレット化が可能な多目的装置とする事を特
   徴とする。
2. 【請求項２】請求項−１の装置を核とし、そこから得ら
   れる溶媒（軽質油）を，廃ポリスチレンの発生場所であ
   る市場，工場，スーパー等に設けた脱臭器付きの溶解槽
   に約１／２充填し常温のまま廃ポリスチレンを溶解槽に
   投入しコロイド状迄溶解する。その溶液中の異物はスト
   レーナーで除去後トラックに積み込み請求項−１の装置
   まで運び，その装置で溶媒とポリスチレン樹脂に分離し
   約９７％の溶媒は回収されリサイクルされる。ポリスチ
   レン樹脂はペレット又はインゴットとなる。これら一連
   のリサイクルシステムと高効率な溶剤回収法及び溶解槽
   設備について。