固体原燃料の製造方法
【課題】簡便な方法により廃プラスチックから固体原燃料を効率的に製造することができる固体原燃料の製造方法を提供する。
【解決手段】廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、大気圧よりも低い圧力下および／または酸素含有ガスを供給しながら当該廃プラスチックの加熱・熱分解を行う。
【解決手段】廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、大気圧よりも低い圧力下および／または酸素含有ガスを供給しながら当該廃プラスチックの加熱・熱分解を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ゴミや産業廃棄物などの廃棄物に含まれる廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を製造する固体原燃料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃プラスチックなどの廃棄物は、熱分解炉を用いて加熱により脱塩素分解する際に、単に熱を加えただけでは熱分解炉の炉壁に融着したり互いに塊状化したりして適切に処理できないという不具合が発生するため、この不具合を防止する種々の施策が行われている。
【０００３】
このような施策のうち、例えば塩化ビニル等の塩素化合物を含む廃棄物を加熱して脱塩素分解することにより廃棄物を処理する方法として、例えば特許文献１に開示されているものが知られている。この処理方法では、まず、廃棄物は脱塩素分解炉で脱塩素反応を受け塩素分が除去される。脱塩素後の廃棄物は主燃焼（完全燃焼）・溶融炉に導かれ、酸素供給設備からの酸素富化空気によって完全燃焼されるとともに不燃物が溶融され溶融スラグとして溶融スラグ回収装置へ排出される。
【０００４】
そして、主燃焼・溶融炉からの燃焼排ガスは再燃焼室で完全燃焼される。一方、脱塩素分解炉から出る排ガスは熱分解排ガス洗浄装置に送られる。また、溶融スラグは、溶融スラグ分級装置で一定粒度の砂状スラグとされ脱塩素分解炉へ供給される廃棄物に添加されて分解炉内壁や樹脂同士の融着を防止する。これにより、ダイオキシン等の有害物質の発生を抑制し、廃棄物に含まれる樹脂が燃焼炉内壁に融着するのを軽減することができるとされている。
【特許文献１】特開平８−２７８０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、性状や形状が複雑化した廃棄物を使用した場合においてもこの廃棄物を大量かつ安定的に処理して固体原燃料を製造することができる方法の開発が待望されていた。また、砂状スラグの供給量が十分ではない状態においても、安定的に固体原燃料を製造することができれば便宜である。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、簡便な方法により廃プラスチックから固体原燃料を効率的に製造することができる固体原燃料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、廃プラスチックを炭化脱塩する諸条件を鋭意検討した結果、驚くべきことに簡便な方法により生成した固体原燃料の粒径を小さくすることができることを見出し本発明を完成させた。
すなわち本発明は、廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、大気圧よりも低い圧力下で当該廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法である。
また、別の発明としては、廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法である。
さらに、別の発明としては、廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、大気圧よりも低い圧力下で酸素含有ガスを供給しながら当該廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法である。
前記ダストは、部分燃焼スラグであることが好ましい。
また、生成した固体原燃料を、セメント製造装置または発電用ボイラに供給して燃焼させる廃プラスチックの処理方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着や廃プラスチック同士の塊状化を防止して、効率よく固体原燃料を製造することが可能となる。また、粒子径が小さな固体原燃料を得ることができる。この結果、その後の粉砕が容易になるとともに、セメント製造装置または発電用ボイラへの輸送と燃焼を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に係る固体原燃料の製造方法を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る固体原燃料の製造方法を含む廃棄物処理の主要工程を説明するためのブロック図である。また、図２は、同固体原燃料の製造方法の一例を示すブロック図である。なお、ここでは、固体原燃料を塩素化合物を含有する廃プラスチックから製造することについて説明するが、これに限られるものではない。
【００１０】
図１に示すように、廃プラスチック処理は、例えば前処理工程１００と、熱分解工程２００と、後処理工程３００とから構成されている。前処理工程１００では、廃プラスチックをストックヤードから回収・搬送して処理しやすいサイズに破砕し、さらに熱分解処理を行う設備へ搬送する工程を含む。
【００１１】
熱分解工程２００では、搬送された廃プラスチックを加熱して熱分解反応を行うとともに、廃プラスチックの減容・脱塩・造粒化を行い、製造物を冷却後、固体原燃料を分別して回収する工程を含む。後処理工程３００では、熱分解により発生したガスを処理する工程を含む。
【００１２】
次に、上記各工程１００〜３００による廃プラスチック処理を実際の流れにしたがって説明する。
【００１３】
図２に示すように、廃プラスチック１０は、フォークリフトなどの搬送機１１によってストックヤードから破砕機１２に搬送され所定のサイズに破砕される。破砕された破砕物は、移送装置１３により加熱炉２０に移送される。加熱炉２０の炉内には、融着防止材としての有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭が供給される。この融着防止材は、加熱炉２０の炉内での廃プラスチック同士の塊状化や廃プラスチックの炉壁への融着の発生を防止するために投入されるものである。
本発明において用いられる有機物とは、石炭、重油、原油や石油コークス等の化石燃料や、上述した廃プラスチック１０などの可燃性廃棄物などのことをいう。また、燃焼とは、部分燃焼と完全燃焼を含む。さらに、ダストは、有機物を部分燃焼または完全燃焼することにより発生した燃焼ガスに同伴する固体をいう。
有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストの具体的としては、部分燃焼スラグ、石油コークスの未燃物、フライアッシュおよび重油灰のうち少なくともいずれか一つであるとよい。この中で、部分燃焼スラグが好適に用いられる。
【００１４】
また、本発明において用いられる部分燃焼スラグとは、例えば石炭や廃プラスチックや石油コークスを酸素比０．８未満、温度１，２００℃から１，６００℃において部分燃焼を行い、水素や一酸化炭素を含む部分燃焼ガスを得た（生成した）後、ダストを含む生成した部分燃焼ガスを水洗した後に固液分離した後の固形分のことをいう。
【００１５】
この部分燃焼スラグの平均粒径は、５μｍから１００μｍであり、化学組成は、炭素が４０〜８０重量％、水素が０〜５重量％、酸素が０〜５重量％、窒素が０〜５重量％、灰分が２０〜６０重量％である。また、灰分中の成分は、例えば二酸化珪素が２０〜４０重量％、酸化アルミニウムが５〜３０重量％、酸化カルシウムが１０〜３０重量％、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が０〜１０重量％、酸化マグネシウムが０〜１０重量％、酸化チタンが０〜１０重量％、およびその他の成分である。
【００１６】
また、本発明において用いられる石油コークスの未燃物とは、石油コークスを燃焼した後に発生した燃焼排ガスを、集塵装置によって集塵した後の未燃物を含む灰のことをいう。燃焼装置としては、例えばボイラが挙げられる。この石油コークスの未燃物の平均粒径は、３０〜１００μｍであり、化学組成は、例えば炭素が８５〜１００重量％、水素が０〜５重量％、酸素が０〜５重量％、窒素が０〜５重量％、硫黄が０〜５重量％、灰分が０〜５重量％である。
【００１７】
さらに、本発明において用いられるフライアッシュとは、微粉炭を燃焼した後に発生した燃焼排ガスを集塵装置によって集塵した後の灰のことをいう。燃焼装置としては、例えば微粉炭焚きボイラが挙げられる。このフライアッシュの平均粒径は、５μｍから２０μｍであり、化学組成は、例えば炭素が０〜１０重量％、灰分９０〜１００重量％である。また、灰分中の成分は、二酸化珪素が５０〜７０重量％、酸化アルミニウムが２０〜３０重量％、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が０〜１０重量％、酸化マグネシウムが０〜５重量％、酸化チタンが０〜５重量％、およびその他の成分である。
【００１８】
また、本発明における重油灰とは、重油もしくは原油を燃焼した後に発生した燃焼排ガスを集塵装置によって集塵した後の未燃物を含む灰のことをいう。燃焼装置としては、例えば重油もしくは原油焚きボイラが挙げられる。この重油灰の平均粒径は、１０μｍから１００μｍであり、化学組成は、例えば炭素が４０〜８０重量％、水素が０〜５重量％、酸素が０〜３０重量％、窒素が０〜１０重量％、硫黄が０〜１０重量％、灰分が０〜１０重量％である。
【００１９】
また、本発明において用いられる微粉炭とは、石炭を粉砕したものをいう。石炭の種類は本発明の効果を妨げなければ特に制限されないが、瀝青炭や無煙炭のように３００℃で揮発する成分をほとんど含まない物が好ましい。粒径は、２００μｍ以下、好ましくは１０から１００μｍであるが、更に、細かくても問題はない。無水ベースの炭素含有量は６０％以上が好ましい。石炭に水分が多ければ、予め乾燥したものを用いることもできる。
【００２０】
廃プラスチック１００重量部に対して、融着防止材が５０から２００重量部、好ましくは６５から１００重量部、特に好ましくは８０から１００重量部になるように廃プラスチックと融着防止材とを加熱炉２０に供給して加熱・熱分解を行う。廃プラスチックは、予め融着防止材と混合した後に加熱炉２０に供給することもできる。
【００２１】
ここで、本発明において用いられる廃プラスチック１０は、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド（ＰＡ）等のプラスチックを一種類以上含むものをいい、プラスチック以外の廃棄物を含有していてもよい。廃プラスチックに付着した水分が多ければ、予め乾燥し用いることもできる。
【００２２】
本発明においては、加熱炉内は大気圧よりも低い圧力下となっており、当該廃プラスチックの加熱・熱分解が行われる、これにより、望外にも大気圧よりも高い圧力の場合に比べて固体原燃料の粒子径を小さくすることができる。大気圧よりも低い圧力としては、９８．４ｋＰａＡ（７３８Ｔｏｒｒ）から１０１．３ｋＰａＡ（７６０Ｔｏｒｒ）（Ａは絶対圧を示す）、好ましくは９９．４ｋＰａＡ（７４５Ｔｏｒｒ）から１００．８ｋＰａＡ（７５６Ｔｏｒｒ）である。
【００２３】
本発明においては、上記で説明した加熱炉内を大気圧よりも低い圧力下にすることに代えて、酸素含有ガスを加熱炉内に供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことができる。これにより、加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着や廃プラスチック同士の塊状化を防止しできると同時に、粒子径が小さな固体原燃料を得ることができる。酸素含有ガスとしては空気が挙げられる。加熱炉２０に供給する空気量は加熱炉内で発生するタールを含む熱分解ガスの空気比１．０未満、好ましくは空気比０．２以下である。ここでいう空気比とは理論空気量に対する供給空気量の比をいう。
【００２４】
本発明においては、さらに上記で説明した大気圧よりも低い圧力下で、かつ酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことができる。
【００２５】
加熱炉２０は、回転式加熱炉、例えば間接加熱ロータリキルン型の加熱炉によって構成され、破砕物と融着防止材とが混合された処理物を加熱することにより熱分解を行うことができる。加熱炉２０における加熱温度は、２５０℃から５００℃、好ましくは２５０℃から４５０℃、さらに好ましくは２８０℃から４００℃、特に好ましくは３００℃から３５０℃である。また、加熱炉２０における加熱時間は、３０分から１２０分、好ましくは４５分から９０分である。
【００２６】
また、このロータリキルン型の加熱炉２０の内部には、図３（ａ）から（ｄ）に示すように、炉の軸方向に沿って延びるリフタ３０が備えられているとよい。リフタ３０が備えられることにより、加熱炉２０内に投入された破砕物と融着防止材とを混合した処理物の撹拌・混合をスムーズに行うことが可能となる。このリフタ３０の設置枚数は、装置の規模等によって適宜設定される。例えば、加熱炉２０の内径が５０ｍｍから３００ｍｍ程度であれば、図３（ａ）から（ｃ）に示すような２枚から４枚が好ましく、加熱炉２０の内径が６００ｍｍ程度であれば、図３（ｄ）に示すような８枚が好ましい。通常は、リフタの高さの０．３倍から３倍程度のピッチで取り付ける。また、リフタ３０の高さ（ｈ）は、廃プラスチックが柔らかくなって減容するまでは加熱炉２０の内径の１０％から３０％程度であることが好ましい。
【００２７】
本発明においては、処理が困難な塩化ビニル等の塩素含む廃プラスチックを簡便に処理することができる。すなわち、廃プラスチックが塩化ビニルのような塩素を含有する廃プラスチックの場合、加熱により塩素分がガス状となり固体原燃料から除去（脱塩）される。これにより、塩素含有量が少ない固体原燃料を得ることが可能となる。ただし、廃プラスチック中の塩素含有量が多量の場合、生成した固体原燃料に塩素分が残存し、それがセメント製造装置やセメントの製品品質、発電用ボイラに悪影響を及ぼすおそれがある。従って、廃プラスチックに含まれる塩素分は少ないほうが好ましい。例えば本発明においては廃プラスチック中の塩素含有量は、３０重量％以下、好ましくは１から１０重量％以下である。
造粒された固形原燃料は余った融着防止材や異物とともに加熱炉２０より排出され、図示しない冷却装置によって冷却され、後段の回収・分離装置に移送される。
【００２８】
加熱炉２０から冷却装置を介して排出された生成物は、そのままセメント製造装置の仮焼炉やロータリキルンの窯前あるいは窯尻などに、そのまま若しくは粉砕後、供給して燃焼させ、燃料として使用することができる。また、発電用ボイラに微粉炭の代替燃料として発電用ボイラに供給して燃焼させることができる。なおこの粉砕サイズは、微粉端と同様のフレーム燃焼をさせたい場合でも、径に相当するような長さで、微粉炭の１０倍程度、好ましくは５倍程度まで大きくすることができる。
【００２９】
また、加熱炉２０から冷却装置を介して排出された生成物を振動篩などの手段によって、粒径が大きいものと小さいものに分離して処理することも可能である。すなわち、粒径が大きいものは、粉砕して粒径が小さいものと合わせて原料や燃料として使用することができる。また、粒径が小さいものは、再び加熱炉２０にリサイクルし再利用することもできる。
【００３０】
さらに、加熱炉２０から冷却装置を介して排出された生成物は、図示しない分別装置にてさらに分別し、平均粒径が３０ｍｍ以下の比較的粒度の小さなものは、さらに粉砕して、例えばセメント製造装置のロータリキルンの窯前などにおける燃料として微粉炭と同様に使用することができる。一方、平均粒径が３０ｍｍを超える比較的粒度の大きなものは、原燃料としてセメント製造装置の仮焼炉や窯尻などにおける燃料として使用する。その際、分離が難しい金属等の異物も、加熱炉２０で加熱処理することにより図示しない分別装置により容易に分離することもできる。
【００３１】
このようにして得られた固体原燃料の平均粒径は例えば１から５ｍｍ、好ましくは１．６から２．３ｍｍである。また、組成は、無水ベースで炭素含有率が５０〜８５重量％、水素含有率が４〜９重量％、灰分が１０〜２０重量％、硫黄が０〜２重量％程度である。また、固体原燃料の高位発熱量は、気乾ベースで２００００から４００００ＫＪ／ＫＧ程度である。
【００３２】
一方、加熱炉２０における処理物の熱分解によって発生したタールを含む熱分解ガスは図示しない燃焼室にて燃焼され、完全に分解される。塩化ビニルのような塩素を含有する廃プラスチックを使用した場合、燃焼排ガスに含まれる塩化水素（Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ：ＨＣＬ）は、排ガス洗浄装置２３によって回収される。
【００３３】
このように、廃プラスチックと融着防止材を混合し、ロータリキルン型の加熱炉２０によって、廃プラスチックから固体原燃料を製造することができる。つまり、融着防止材を用いることにより加熱炉２０の炉壁への廃プラスチックの融着や廃プラスチック同士の塊状化を効果的に防止することができ、効率よく固体原燃料を製造することができる。セメント製造設備や発電用ボイラで通常使用している微粉炭を融着防止材として用いることは、融着防止材の入手の点においても有効である。
【００３４】
尚、本発明でいう塊状化とは、溶融した廃プラスチックが一体化し塊になることをいい、例えば加熱炉から排出される固体原燃料の出口部を閉塞させたり、後工程の固体原燃料の粉砕工程において粉砕効率が低下するなど、装置の運転に支障を及ぼすものをいう。塊状化の許容される範囲は、装置の規模、例えばロータリキルン型の加熱炉で言えば、内径とキルンの長さによって異なる。
【実施例】
【００３５】
次に、実施例を示すことにより、本発明に係る固体原燃料の製造方法を更に詳細に説明する。ただし、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００３６】
この試験において、廃プラスチックは表１に示す組成のものを使用した。また、融着防止材としては、表１に示す性状を有する部分燃焼スラグを用いた。部分燃焼スラグは、廃プラスチックを酸素比０．８未満で、１，５００℃にて部分燃焼を行い、生成した部分燃焼ガスを水洗した後に固液分離した後の固形分であり、この固形分を１０５℃の恒温槽で重量が一定になるまで乾燥することにより得たものである。表１における平均粒子径は、レーザー回折粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ製ＬＡ−９２０）を使用して測定した。また、工業分析値は、ＪＩＳＭ８８１２に従って測定した。さらに、発熱量は、ＪＩＳＭ８８１４に従って測定した。また、元素分析は、ＪＩＳＭ８８１９に従って測定した。
【００３７】
【表１】
【００３８】
［実施例１］
【００３９】
廃プラスチックとして、表１に示す廃プラスチック、融着防止材として表１に示す部分燃焼スラグを使用した。ロータリキルン型加熱炉にて廃プラスチックの樹脂の炉壁への融着試験を行った。
ロータリキルン型加熱炉は、内径φ６００ｍｍ×５００ｍｍ（内容積１４５リットル（Ｌ））の耐熱鋼ＳＵＳ３１０Ｓ製容器（掻き上げ羽根（リフタ）８枚（羽根高さ１２０ｍｍ）を、回転速度２．５ｒｐｍ（周速４．７１ｍ／分）でリフタ間インタバル時間が０．０５分となるように回転させながら外部加熱により加熱する電気炉を用いた。
【００４０】
大きさ２０ｍｍ角以下が全体の８０重量％となる廃プラスチック２０００ｇと、部分燃焼スラグを１３３０ｇとをそれぞれ混合して試料を生成した後、各試料をそれぞれロータリキルン型加熱炉の炉内へ投入し、回転速度２．５ｒｐｍ（周速１．９６ｍ／分）で回転させた。
加熱前に窒素ガスを流通し、炉内ガス中の酸素濃度が５容量％以下になったことを確認後、真空ポンプで炉内の圧力を１００．７ｋＰａＡ（７５５Ｔｏｒｒ）とした。大気温度から５℃／分の昇温速度で加熱し、３００℃で１０分保持した。加熱炉内部には、窒素を流通させながら加熱した。その後、炉外に空気を流通させて内部温度が１６０℃にまで冷却した。冷却時間は約９０分であった。その後、加熱炉の回転を停止して、試料を取り出した。
【００４１】
加熱後の試料重量が３０５３ｇとなり、固形物収率が９１．７重量％となった。尚、ここでいう固形物収率（％）とは、加熱後の固体原燃料の重量／（加熱前の廃プラスチックの重量＋加熱前の部分燃焼スラグの重量）×１００で算定した。また、生成物の平均粒子径は、２．０ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。以上から、加熱炉を傷めることなく容易に固体原燃料を得ることができることが明らかとなった。
【００４２】
［実施例２］
炉内の圧力を９９．６ｋＰａＡ（７４７Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例１と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が３０２６ｇとなり、固形物収率が９０．９重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、１．８ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００４３】
［実施例３］
窒素を流通させる代わりに空気を１２ＮＬ／分の割合で流通させ、炉内の圧力を１０１．４ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変更した以外は実施例１と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が３０６３ｇとなり、固形物収率が９２．０重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、１．６ｍｍであった。この結果、酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行う場合は、大気圧よりも低い圧力下で加熱・熱分解を行う場合に比べてより粒子径が小さな固体原燃料を得ることが出来ることが明らかとなった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００４４】
［比較例１］
炉内の圧力を１０１．４ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例１と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が３００６ｇとなり、固形物収率が９０．３重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．４ｍｍであった。
【００４５】
［実施例４］
炉内の温度を３００から３２０℃に、圧力を１００．３ｋＰａＡ（７５３Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例１と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２９６３ｇとなり、固形物収率が８９。０重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．３ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００４６】
［実施例５］
窒素を流通させる代わりに空気を１２ＮＬ／分の割合で流通させ、炉内の圧力を１０１．４ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変更した以外は実施例４と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２９７０ｇとなり、固形物収率が８９．２重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．０ｍｍであった。この結果、酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行う場合は、大気圧よりも低い圧力下で加熱・熱分解を行う場合に比べてより粒子径が小さな固体原燃料を得ることが出来ることが明らかとなった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００４７】
［比較例２］
炉内の圧力を１０１．５ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例４と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２８９５ｇとなり、固形物収率が８６．９重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．５ｍｍであった。
【００４８】
[実施例６］
炉内の温度を３００から３４０℃に、圧力を１００．３ｋＰａＡ（７５３Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例１と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２８４５ｇとなり、固形物収率が８５．４重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．３ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００４９】
[実施例７]
炉内の圧力を９９．７ｋＰａＡ（７４７Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例６と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２７５７ｇとなり、固形物収率が８２．８重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．２ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００５０】
［実施例８］
窒素を流通させる代わりに空気を１２ＮＬ／分の割合で流通させ、炉内の圧力を１０１．４ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変更した以外は実施例６と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２９３５ｇとなり、固形物収率が８８．１重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、１．８ｍｍであった。この結果、酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行う場合は、大気圧よりも低い圧力下で加熱・熱分解を行う場合に比べてより粒子径が小さな固体原燃料を得ることが出来ることが明らかとなった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００５１】
［実施例９］
窒素を流通させる代わりに空気を１２ＮＬ／分の割合で流通させ、炉内の圧力を１０１．１ｋＰａＡ（７５９Ｔｏｒｒ）に変更した以外は実施例６と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２８６７ｇとなり、固形物収率が８６．１重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、１．７ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００５２】
［比較例３］
炉内の圧力を１０１．５ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例７と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２８０２ｇとなり、固形物収率が８４．１重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、４．０ｍｍであった。
【００５３】
実施例において得られた固体原燃料の高位発熱量は、いずれも約３０ＭＪ／ｋｇとなった。また、塩素分は１重量％以下であった。熱量が不均質で熱利用する際に燃焼状態が不安定となってしまう廃プラスチック類を上述した固体原燃料の製造方法を用いて処理することにより、燃焼特性が均質な固体原燃料を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体原燃料の製造方法を含む廃棄物処理の主要工程を説明するためのブロック図である。
【図２】同固体原燃料の製造方法を含む廃棄物処理を実施する設備の一例を示すブロック図である。
【図３】ロータリキルン型加熱炉の内部の撹拌板の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…廃プラスチック、１１…搬送機、１２…破砕機、１３…移送装置、２０…加熱炉、２３…排ガス洗浄装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ゴミや産業廃棄物などの廃棄物に含まれる廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を製造する固体原燃料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃プラスチックなどの廃棄物は、熱分解炉を用いて加熱により脱塩素分解する際に、単に熱を加えただけでは熱分解炉の炉壁に融着したり互いに塊状化したりして適切に処理できないという不具合が発生するため、この不具合を防止する種々の施策が行われている。
【０００３】
このような施策のうち、例えば塩化ビニル等の塩素化合物を含む廃棄物を加熱して脱塩素分解することにより廃棄物を処理する方法として、例えば特許文献１に開示されているものが知られている。この処理方法では、まず、廃棄物は脱塩素分解炉で脱塩素反応を受け塩素分が除去される。脱塩素後の廃棄物は主燃焼（完全燃焼）・溶融炉に導かれ、酸素供給設備からの酸素富化空気によって完全燃焼されるとともに不燃物が溶融され溶融スラグとして溶融スラグ回収装置へ排出される。
【０００４】
そして、主燃焼・溶融炉からの燃焼排ガスは再燃焼室で完全燃焼される。一方、脱塩素分解炉から出る排ガスは熱分解排ガス洗浄装置に送られる。また、溶融スラグは、溶融スラグ分級装置で一定粒度の砂状スラグとされ脱塩素分解炉へ供給される廃棄物に添加されて分解炉内壁や樹脂同士の融着を防止する。これにより、ダイオキシン等の有害物質の発生を抑制し、廃棄物に含まれる樹脂が燃焼炉内壁に融着するのを軽減することができるとされている。
【特許文献１】特開平８−２７８０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、性状や形状が複雑化した廃棄物を使用した場合においてもこの廃棄物を大量かつ安定的に処理して固体原燃料を製造することができる方法の開発が待望されていた。また、砂状スラグの供給量が十分ではない状態においても、安定的に固体原燃料を製造することができれば便宜である。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、簡便な方法により廃プラスチックから固体原燃料を効率的に製造することができる固体原燃料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、廃プラスチックを炭化脱塩する諸条件を鋭意検討した結果、驚くべきことに簡便な方法により生成した固体原燃料の粒径を小さくすることができることを見出し本発明を完成させた。
すなわち本発明は、廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、大気圧よりも低い圧力下で当該廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法である。
また、別の発明としては、廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法である。
さらに、別の発明としては、廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、大気圧よりも低い圧力下で酸素含有ガスを供給しながら当該廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法である。
前記ダストは、部分燃焼スラグであることが好ましい。
また、生成した固体原燃料を、セメント製造装置または発電用ボイラに供給して燃焼させる廃プラスチックの処理方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着や廃プラスチック同士の塊状化を防止して、効率よく固体原燃料を製造することが可能となる。また、粒子径が小さな固体原燃料を得ることができる。この結果、その後の粉砕が容易になるとともに、セメント製造装置または発電用ボイラへの輸送と燃焼を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に係る固体原燃料の製造方法を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る固体原燃料の製造方法を含む廃棄物処理の主要工程を説明するためのブロック図である。また、図２は、同固体原燃料の製造方法の一例を示すブロック図である。なお、ここでは、固体原燃料を塩素化合物を含有する廃プラスチックから製造することについて説明するが、これに限られるものではない。
【００１０】
図１に示すように、廃プラスチック処理は、例えば前処理工程１００と、熱分解工程２００と、後処理工程３００とから構成されている。前処理工程１００では、廃プラスチックをストックヤードから回収・搬送して処理しやすいサイズに破砕し、さらに熱分解処理を行う設備へ搬送する工程を含む。
【００１１】
熱分解工程２００では、搬送された廃プラスチックを加熱して熱分解反応を行うとともに、廃プラスチックの減容・脱塩・造粒化を行い、製造物を冷却後、固体原燃料を分別して回収する工程を含む。後処理工程３００では、熱分解により発生したガスを処理する工程を含む。
【００１２】
次に、上記各工程１００〜３００による廃プラスチック処理を実際の流れにしたがって説明する。
【００１３】
図２に示すように、廃プラスチック１０は、フォークリフトなどの搬送機１１によってストックヤードから破砕機１２に搬送され所定のサイズに破砕される。破砕された破砕物は、移送装置１３により加熱炉２０に移送される。加熱炉２０の炉内には、融着防止材としての有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭が供給される。この融着防止材は、加熱炉２０の炉内での廃プラスチック同士の塊状化や廃プラスチックの炉壁への融着の発生を防止するために投入されるものである。
本発明において用いられる有機物とは、石炭、重油、原油や石油コークス等の化石燃料や、上述した廃プラスチック１０などの可燃性廃棄物などのことをいう。また、燃焼とは、部分燃焼と完全燃焼を含む。さらに、ダストは、有機物を部分燃焼または完全燃焼することにより発生した燃焼ガスに同伴する固体をいう。
有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストの具体的としては、部分燃焼スラグ、石油コークスの未燃物、フライアッシュおよび重油灰のうち少なくともいずれか一つであるとよい。この中で、部分燃焼スラグが好適に用いられる。
【００１４】
また、本発明において用いられる部分燃焼スラグとは、例えば石炭や廃プラスチックや石油コークスを酸素比０．８未満、温度１，２００℃から１，６００℃において部分燃焼を行い、水素や一酸化炭素を含む部分燃焼ガスを得た（生成した）後、ダストを含む生成した部分燃焼ガスを水洗した後に固液分離した後の固形分のことをいう。
【００１５】
この部分燃焼スラグの平均粒径は、５μｍから１００μｍであり、化学組成は、炭素が４０〜８０重量％、水素が０〜５重量％、酸素が０〜５重量％、窒素が０〜５重量％、灰分が２０〜６０重量％である。また、灰分中の成分は、例えば二酸化珪素が２０〜４０重量％、酸化アルミニウムが５〜３０重量％、酸化カルシウムが１０〜３０重量％、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が０〜１０重量％、酸化マグネシウムが０〜１０重量％、酸化チタンが０〜１０重量％、およびその他の成分である。
【００１６】
また、本発明において用いられる石油コークスの未燃物とは、石油コークスを燃焼した後に発生した燃焼排ガスを、集塵装置によって集塵した後の未燃物を含む灰のことをいう。燃焼装置としては、例えばボイラが挙げられる。この石油コークスの未燃物の平均粒径は、３０〜１００μｍであり、化学組成は、例えば炭素が８５〜１００重量％、水素が０〜５重量％、酸素が０〜５重量％、窒素が０〜５重量％、硫黄が０〜５重量％、灰分が０〜５重量％である。
【００１７】
さらに、本発明において用いられるフライアッシュとは、微粉炭を燃焼した後に発生した燃焼排ガスを集塵装置によって集塵した後の灰のことをいう。燃焼装置としては、例えば微粉炭焚きボイラが挙げられる。このフライアッシュの平均粒径は、５μｍから２０μｍであり、化学組成は、例えば炭素が０〜１０重量％、灰分９０〜１００重量％である。また、灰分中の成分は、二酸化珪素が５０〜７０重量％、酸化アルミニウムが２０〜３０重量％、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が０〜１０重量％、酸化マグネシウムが０〜５重量％、酸化チタンが０〜５重量％、およびその他の成分である。
【００１８】
また、本発明における重油灰とは、重油もしくは原油を燃焼した後に発生した燃焼排ガスを集塵装置によって集塵した後の未燃物を含む灰のことをいう。燃焼装置としては、例えば重油もしくは原油焚きボイラが挙げられる。この重油灰の平均粒径は、１０μｍから１００μｍであり、化学組成は、例えば炭素が４０〜８０重量％、水素が０〜５重量％、酸素が０〜３０重量％、窒素が０〜１０重量％、硫黄が０〜１０重量％、灰分が０〜１０重量％である。
【００１９】
また、本発明において用いられる微粉炭とは、石炭を粉砕したものをいう。石炭の種類は本発明の効果を妨げなければ特に制限されないが、瀝青炭や無煙炭のように３００℃で揮発する成分をほとんど含まない物が好ましい。粒径は、２００μｍ以下、好ましくは１０から１００μｍであるが、更に、細かくても問題はない。無水ベースの炭素含有量は６０％以上が好ましい。石炭に水分が多ければ、予め乾燥したものを用いることもできる。
【００２０】
廃プラスチック１００重量部に対して、融着防止材が５０から２００重量部、好ましくは６５から１００重量部、特に好ましくは８０から１００重量部になるように廃プラスチックと融着防止材とを加熱炉２０に供給して加熱・熱分解を行う。廃プラスチックは、予め融着防止材と混合した後に加熱炉２０に供給することもできる。
【００２１】
ここで、本発明において用いられる廃プラスチック１０は、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド（ＰＡ）等のプラスチックを一種類以上含むものをいい、プラスチック以外の廃棄物を含有していてもよい。廃プラスチックに付着した水分が多ければ、予め乾燥し用いることもできる。
【００２２】
本発明においては、加熱炉内は大気圧よりも低い圧力下となっており、当該廃プラスチックの加熱・熱分解が行われる、これにより、望外にも大気圧よりも高い圧力の場合に比べて固体原燃料の粒子径を小さくすることができる。大気圧よりも低い圧力としては、９８．４ｋＰａＡ（７３８Ｔｏｒｒ）から１０１．３ｋＰａＡ（７６０Ｔｏｒｒ）（Ａは絶対圧を示す）、好ましくは９９．４ｋＰａＡ（７４５Ｔｏｒｒ）から１００．８ｋＰａＡ（７５６Ｔｏｒｒ）である。
【００２３】
本発明においては、上記で説明した加熱炉内を大気圧よりも低い圧力下にすることに代えて、酸素含有ガスを加熱炉内に供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことができる。これにより、加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着や廃プラスチック同士の塊状化を防止しできると同時に、粒子径が小さな固体原燃料を得ることができる。酸素含有ガスとしては空気が挙げられる。加熱炉２０に供給する空気量は加熱炉内で発生するタールを含む熱分解ガスの空気比１．０未満、好ましくは空気比０．２以下である。ここでいう空気比とは理論空気量に対する供給空気量の比をいう。
【００２４】
本発明においては、さらに上記で説明した大気圧よりも低い圧力下で、かつ酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことができる。
【００２５】
加熱炉２０は、回転式加熱炉、例えば間接加熱ロータリキルン型の加熱炉によって構成され、破砕物と融着防止材とが混合された処理物を加熱することにより熱分解を行うことができる。加熱炉２０における加熱温度は、２５０℃から５００℃、好ましくは２５０℃から４５０℃、さらに好ましくは２８０℃から４００℃、特に好ましくは３００℃から３５０℃である。また、加熱炉２０における加熱時間は、３０分から１２０分、好ましくは４５分から９０分である。
【００２６】
また、このロータリキルン型の加熱炉２０の内部には、図３（ａ）から（ｄ）に示すように、炉の軸方向に沿って延びるリフタ３０が備えられているとよい。リフタ３０が備えられることにより、加熱炉２０内に投入された破砕物と融着防止材とを混合した処理物の撹拌・混合をスムーズに行うことが可能となる。このリフタ３０の設置枚数は、装置の規模等によって適宜設定される。例えば、加熱炉２０の内径が５０ｍｍから３００ｍｍ程度であれば、図３（ａ）から（ｃ）に示すような２枚から４枚が好ましく、加熱炉２０の内径が６００ｍｍ程度であれば、図３（ｄ）に示すような８枚が好ましい。通常は、リフタの高さの０．３倍から３倍程度のピッチで取り付ける。また、リフタ３０の高さ（ｈ）は、廃プラスチックが柔らかくなって減容するまでは加熱炉２０の内径の１０％から３０％程度であることが好ましい。
【００２７】
本発明においては、処理が困難な塩化ビニル等の塩素含む廃プラスチックを簡便に処理することができる。すなわち、廃プラスチックが塩化ビニルのような塩素を含有する廃プラスチックの場合、加熱により塩素分がガス状となり固体原燃料から除去（脱塩）される。これにより、塩素含有量が少ない固体原燃料を得ることが可能となる。ただし、廃プラスチック中の塩素含有量が多量の場合、生成した固体原燃料に塩素分が残存し、それがセメント製造装置やセメントの製品品質、発電用ボイラに悪影響を及ぼすおそれがある。従って、廃プラスチックに含まれる塩素分は少ないほうが好ましい。例えば本発明においては廃プラスチック中の塩素含有量は、３０重量％以下、好ましくは１から１０重量％以下である。
造粒された固形原燃料は余った融着防止材や異物とともに加熱炉２０より排出され、図示しない冷却装置によって冷却され、後段の回収・分離装置に移送される。
【００２８】
加熱炉２０から冷却装置を介して排出された生成物は、そのままセメント製造装置の仮焼炉やロータリキルンの窯前あるいは窯尻などに、そのまま若しくは粉砕後、供給して燃焼させ、燃料として使用することができる。また、発電用ボイラに微粉炭の代替燃料として発電用ボイラに供給して燃焼させることができる。なおこの粉砕サイズは、微粉端と同様のフレーム燃焼をさせたい場合でも、径に相当するような長さで、微粉炭の１０倍程度、好ましくは５倍程度まで大きくすることができる。
【００２９】
また、加熱炉２０から冷却装置を介して排出された生成物を振動篩などの手段によって、粒径が大きいものと小さいものに分離して処理することも可能である。すなわち、粒径が大きいものは、粉砕して粒径が小さいものと合わせて原料や燃料として使用することができる。また、粒径が小さいものは、再び加熱炉２０にリサイクルし再利用することもできる。
【００３０】
さらに、加熱炉２０から冷却装置を介して排出された生成物は、図示しない分別装置にてさらに分別し、平均粒径が３０ｍｍ以下の比較的粒度の小さなものは、さらに粉砕して、例えばセメント製造装置のロータリキルンの窯前などにおける燃料として微粉炭と同様に使用することができる。一方、平均粒径が３０ｍｍを超える比較的粒度の大きなものは、原燃料としてセメント製造装置の仮焼炉や窯尻などにおける燃料として使用する。その際、分離が難しい金属等の異物も、加熱炉２０で加熱処理することにより図示しない分別装置により容易に分離することもできる。
【００３１】
このようにして得られた固体原燃料の平均粒径は例えば１から５ｍｍ、好ましくは１．６から２．３ｍｍである。また、組成は、無水ベースで炭素含有率が５０〜８５重量％、水素含有率が４〜９重量％、灰分が１０〜２０重量％、硫黄が０〜２重量％程度である。また、固体原燃料の高位発熱量は、気乾ベースで２００００から４００００ＫＪ／ＫＧ程度である。
【００３２】
一方、加熱炉２０における処理物の熱分解によって発生したタールを含む熱分解ガスは図示しない燃焼室にて燃焼され、完全に分解される。塩化ビニルのような塩素を含有する廃プラスチックを使用した場合、燃焼排ガスに含まれる塩化水素（Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ：ＨＣＬ）は、排ガス洗浄装置２３によって回収される。
【００３３】
このように、廃プラスチックと融着防止材を混合し、ロータリキルン型の加熱炉２０によって、廃プラスチックから固体原燃料を製造することができる。つまり、融着防止材を用いることにより加熱炉２０の炉壁への廃プラスチックの融着や廃プラスチック同士の塊状化を効果的に防止することができ、効率よく固体原燃料を製造することができる。セメント製造設備や発電用ボイラで通常使用している微粉炭を融着防止材として用いることは、融着防止材の入手の点においても有効である。
【００３４】
尚、本発明でいう塊状化とは、溶融した廃プラスチックが一体化し塊になることをいい、例えば加熱炉から排出される固体原燃料の出口部を閉塞させたり、後工程の固体原燃料の粉砕工程において粉砕効率が低下するなど、装置の運転に支障を及ぼすものをいう。塊状化の許容される範囲は、装置の規模、例えばロータリキルン型の加熱炉で言えば、内径とキルンの長さによって異なる。
【実施例】
【００３５】
次に、実施例を示すことにより、本発明に係る固体原燃料の製造方法を更に詳細に説明する。ただし、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００３６】
この試験において、廃プラスチックは表１に示す組成のものを使用した。また、融着防止材としては、表１に示す性状を有する部分燃焼スラグを用いた。部分燃焼スラグは、廃プラスチックを酸素比０．８未満で、１，５００℃にて部分燃焼を行い、生成した部分燃焼ガスを水洗した後に固液分離した後の固形分であり、この固形分を１０５℃の恒温槽で重量が一定になるまで乾燥することにより得たものである。表１における平均粒子径は、レーザー回折粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ製ＬＡ−９２０）を使用して測定した。また、工業分析値は、ＪＩＳＭ８８１２に従って測定した。さらに、発熱量は、ＪＩＳＭ８８１４に従って測定した。また、元素分析は、ＪＩＳＭ８８１９に従って測定した。
【００３７】
【表１】
【００３８】
［実施例１］
【００３９】
廃プラスチックとして、表１に示す廃プラスチック、融着防止材として表１に示す部分燃焼スラグを使用した。ロータリキルン型加熱炉にて廃プラスチックの樹脂の炉壁への融着試験を行った。
ロータリキルン型加熱炉は、内径φ６００ｍｍ×５００ｍｍ（内容積１４５リットル（Ｌ））の耐熱鋼ＳＵＳ３１０Ｓ製容器（掻き上げ羽根（リフタ）８枚（羽根高さ１２０ｍｍ）を、回転速度２．５ｒｐｍ（周速４．７１ｍ／分）でリフタ間インタバル時間が０．０５分となるように回転させながら外部加熱により加熱する電気炉を用いた。
【００４０】
大きさ２０ｍｍ角以下が全体の８０重量％となる廃プラスチック２０００ｇと、部分燃焼スラグを１３３０ｇとをそれぞれ混合して試料を生成した後、各試料をそれぞれロータリキルン型加熱炉の炉内へ投入し、回転速度２．５ｒｐｍ（周速１．９６ｍ／分）で回転させた。
加熱前に窒素ガスを流通し、炉内ガス中の酸素濃度が５容量％以下になったことを確認後、真空ポンプで炉内の圧力を１００．７ｋＰａＡ（７５５Ｔｏｒｒ）とした。大気温度から５℃／分の昇温速度で加熱し、３００℃で１０分保持した。加熱炉内部には、窒素を流通させながら加熱した。その後、炉外に空気を流通させて内部温度が１６０℃にまで冷却した。冷却時間は約９０分であった。その後、加熱炉の回転を停止して、試料を取り出した。
【００４１】
加熱後の試料重量が３０５３ｇとなり、固形物収率が９１．７重量％となった。尚、ここでいう固形物収率（％）とは、加熱後の固体原燃料の重量／（加熱前の廃プラスチックの重量＋加熱前の部分燃焼スラグの重量）×１００で算定した。また、生成物の平均粒子径は、２．０ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。以上から、加熱炉を傷めることなく容易に固体原燃料を得ることができることが明らかとなった。
【００４２】
［実施例２］
炉内の圧力を９９．６ｋＰａＡ（７４７Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例１と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が３０２６ｇとなり、固形物収率が９０．９重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、１．８ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００４３】
［実施例３］
窒素を流通させる代わりに空気を１２ＮＬ／分の割合で流通させ、炉内の圧力を１０１．４ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変更した以外は実施例１と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が３０６３ｇとなり、固形物収率が９２．０重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、１．６ｍｍであった。この結果、酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行う場合は、大気圧よりも低い圧力下で加熱・熱分解を行う場合に比べてより粒子径が小さな固体原燃料を得ることが出来ることが明らかとなった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００４４】
［比較例１］
炉内の圧力を１０１．４ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例１と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が３００６ｇとなり、固形物収率が９０．３重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．４ｍｍであった。
【００４５】
［実施例４］
炉内の温度を３００から３２０℃に、圧力を１００．３ｋＰａＡ（７５３Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例１と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２９６３ｇとなり、固形物収率が８９。０重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．３ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００４６】
［実施例５］
窒素を流通させる代わりに空気を１２ＮＬ／分の割合で流通させ、炉内の圧力を１０１．４ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変更した以外は実施例４と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２９７０ｇとなり、固形物収率が８９．２重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．０ｍｍであった。この結果、酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行う場合は、大気圧よりも低い圧力下で加熱・熱分解を行う場合に比べてより粒子径が小さな固体原燃料を得ることが出来ることが明らかとなった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００４７】
［比較例２］
炉内の圧力を１０１．５ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例４と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２８９５ｇとなり、固形物収率が８６．９重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．５ｍｍであった。
【００４８】
[実施例６］
炉内の温度を３００から３４０℃に、圧力を１００．３ｋＰａＡ（７５３Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例１と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２８４５ｇとなり、固形物収率が８５．４重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．３ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００４９】
[実施例７]
炉内の圧力を９９．７ｋＰａＡ（７４７Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例６と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２７５７ｇとなり、固形物収率が８２．８重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、２．２ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００５０】
［実施例８］
窒素を流通させる代わりに空気を１２ＮＬ／分の割合で流通させ、炉内の圧力を１０１．４ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変更した以外は実施例６と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２９３５ｇとなり、固形物収率が８８．１重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、１．８ｍｍであった。この結果、酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行う場合は、大気圧よりも低い圧力下で加熱・熱分解を行う場合に比べてより粒子径が小さな固体原燃料を得ることが出来ることが明らかとなった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００５１】
［実施例９］
窒素を流通させる代わりに空気を１２ＮＬ／分の割合で流通させ、炉内の圧力を１０１．１ｋＰａＡ（７５９Ｔｏｒｒ）に変更した以外は実施例６と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２８６７ｇとなり、固形物収率が８６．１重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、１．７ｍｍであった。
さらに、加熱終了後にロータリキルン型加熱炉の炉内を目視で観察したところ、樹脂が加熱炉の炉壁に融着せず、かつ樹脂同士が融着して塊状化しなかった。また、生成物をローラーミルを使用して粉砕したところ、粉砕性も良好であった。
【００５２】
［比較例３］
炉内の圧力を１０１．５ｋＰａＡ（７６１Ｔｏｒｒ）に変えた以外は、実施例７と同様にして固体原燃料を製造した。加熱後の試料重量が２８０２ｇとなり、固形物収率が８４．１重量％となった。また、生成物の平均粒子径は、４．０ｍｍであった。
【００５３】
実施例において得られた固体原燃料の高位発熱量は、いずれも約３０ＭＪ／ｋｇとなった。また、塩素分は１重量％以下であった。熱量が不均質で熱利用する際に燃焼状態が不安定となってしまう廃プラスチック類を上述した固体原燃料の製造方法を用いて処理することにより、燃焼特性が均質な固体原燃料を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体原燃料の製造方法を含む廃棄物処理の主要工程を説明するためのブロック図である。
【図２】同固体原燃料の製造方法を含む廃棄物処理を実施する設備の一例を示すブロック図である。
【図３】ロータリキルン型加熱炉の内部の撹拌板の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…廃プラスチック、１１…搬送機、１２…破砕機、１３…移送装置、２０…加熱炉、２３…排ガス洗浄装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、大気圧よりも低い圧力下で当該廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法。
【請求項２】
廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法。
【請求項３】
廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、大気圧よりも低い圧力下で酸素含有ガスを供給しながら当該廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法。
【請求項４】
前記ダストは、部分燃焼スラグである請求項１から３のいずれか１項に記載の固体原燃料の製造方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項記載の固体原燃料を、セメント製造装置または発電用ボイラに供給して燃焼させる廃プラスチックの処理方法。
【請求項１】
廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、大気圧よりも低い圧力下で当該廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法。
【請求項２】
廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、酸素含有ガスを供給しながら廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法。
【請求項３】
廃プラスチックから燃焼に用いられる固体原燃料を加熱炉を用いて製造する固体原燃料の製造方法において、前記加熱炉の炉壁への廃プラスチックの融着および廃プラスチックの塊状化を防止する融着防止材を廃プラスチックとともに加熱炉に供給し、前記融着防止材は、有機物を燃焼した後の燃焼ガスに同伴するダストまたは微粉炭であり、大気圧よりも低い圧力下で酸素含有ガスを供給しながら当該廃プラスチックの加熱・熱分解を行うことを特徴とする固体原燃料の製造方法。
【請求項４】
前記ダストは、部分燃焼スラグである請求項１から３のいずれか１項に記載の固体原燃料の製造方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項記載の固体原燃料を、セメント製造装置または発電用ボイラに供給して燃焼させる廃プラスチックの処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２６９９６５（Ｐ２００９−２６９９６５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２００５５（Ｐ２００８−１２００５５）
【出願日】平成２０年５月２日（２００８．５．２）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２日（２００８．５．２）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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