JP2008239749A - 固形燃料及び固形燃料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 産業廃棄物と扱われる廃プラスチックと精糖工程で発生するライムケーキとから、固形燃料を生成することによって、埋設処理以外の方法で処理可能として、廃棄物の処理の円滑化とエネルギ回収の効率化を果たす固形燃料及び固形燃料の製造方法を提供する。
【解決手段】 廃プラスチックを攪拌しながら加熱し、溶融して軟化することにより餅状になった状態にライムケーキを投入し、これらをさらに攪拌しながら混合すると粒状化して固形燃料が生成される。廃プラスチックの攪拌は約120〜140℃となる状態で行うことにより良好な餅状となる。ライムケーキと均一に混練された状態で冷却水を投入し、さらに攪拌されることによりの水分が適宜に蒸発すると共に、粒状となって燃焼炉に投入するのに適宜な形状の固形燃料が生成される。
【選択図】なし

Description

この発明は、廃プラスチックを主体とした固形燃料とその製造方法に関し、特に流動層燃焼炉用に適した固形燃料及び固形燃料の製造方法に関する。

近年、年間約５００万トンの廃プラスチックが発生し、そのうちの一般廃棄物に含まれるものがほぼ５０％で、産業廃棄物に含まれるものがほぼ５０％である。産業廃棄物に含まれる廃プラスチックの処理は、埋め立て、再生や都市ゴミとともに焼却する等の方法があるが、いずれも大量の廃プラスチックを処理するには不十分であった。すなわち、埋め立て処理は廃プラスチックの容積が大きいため、埋立地が不足してきており、かつ土中で廃プラスチックが劣化し難い。また再生処理は、再生ペレット化して利用するものであるが、再生ペレット化できる廃プラスチックの質的制限があり、総量の１０％程度を処理するのが限度である。また都市ゴミとともに焼却する処理は、一般の燃焼炉で燃焼する場合、廃プラスチックをそのまま燃料として使用すると、燃焼速度が早すぎたり、発熱量が大きすぎて、燃焼温度が高くなりすぎ、その結果、燃焼炉の隔壁などを高熱によって短期間で劣化させたり、燃焼中にプラスチック自体が溶融して燃焼ボイラの壁に固着したり、溶融したプラスチックが流動して燃焼を阻害したりするため、燃料としては使用しにくいものである。

一方、製糖工場では、ビートから搾り取った汁に水酸化カルシウムを投入し、二酸化炭素を吹き込み、この際に炭酸カルシウムと共に除去される着色成分が沈殿して、この沈殿物を脱水したライムケーキと呼ばれる微粒子状の炭酸カルシウムと有機物とからなる混合物が発生する。このライムケーキは、ビートの主な生産地である北海道では年間約２０万トン発生し、半分程度は農地改良用として利用され、残り半分は産業廃棄物として埋め立て処理されており、有効利用が望まれるところである。

ところで、廃プラスチックの利用として、常温燃焼灰と廃プラスチックに高温の廃石灰石を混合圧縮成形して製造した固形燃料を用いることにより、廃プラスチックをそのままの状態で燃焼させる場合に発生する、燃焼流動層燃焼炉の炉壁の劣化を防ぐことが知られている（特許文献１参照）。

また、ライムケーキの利用として、流動層燃焼により燃料や原料を燃焼させる流動層炉において、ライムケーキを含む脱硫剤を炉内に投入することで、炉内で発生するガス中の硫黄分を除去する方法が知られている（特許文献２参照）。

なお、石油、石炭などの化石燃料には、硫黄分が含まれていることが多く、それらを燃料とする燃焼炉においては、硫黄の燃焼によって生ずる有害ガス、亜硫酸ガス、硫酸ガス等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を環境基準に適合する濃度まで除去するために、流動層燃焼炉では、炉内に脱硫剤として石灰石（ＣａＣＯ_３）を投入する炉内脱硫法がとられている。この場合、炉内においては、
ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２ (１)
ＣａＯ＋ＳＯ_２＋１／２Ｏ_２→ＣａＳＯ_４ (２)
による反応が行われる。

特開平７−２４２８８９号公報 特開２００５−９８６７３号公報

特許文献１に記載された方法により製造された固形燃料は、燃焼流動層に利用する場合に、脱硫のために別途脱硫剤を添加する必要がある。

また、特許文献２に記載された脱硫剤では、元々ライムケーキの水分率が３０％と高く、燃焼炉への投入口の付着防止のため、ライムケーキを乾燥工程にかけ、粒径調製をする必要がある。

本発明は、以上のような従来の廃プラスチックおよびライムケーキの燃焼炉における利用に関する問題点に鑑みてなされたものであり、廃プラスチックとライムケーキを撹拌混合による造粒化により、ライムケーキの炭酸カルシウム分による脱硫作用を有し、かつ、ライムケーキとの混合によることで、燃焼炉の炉壁の劣化を防ぐ作用も有し、かつ、ライムケーキの乾燥工程が無くとも、燃焼炉への投入口の付着を防ぐ作用も有している固形燃料の製造方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る固形燃料は、廃プラスチックを主体とした固形燃料において、前記廃プラスチックとライムケーキとを攪拌混合造粒機により造粒成形したことを特徴としている。

すなわち、この固形燃料は、資源ゴミとして回収したペットボトルその他の熱可塑性樹脂（廃プラスチック）と、精糖工程で生成されるライムケーキとを、攪拌しながら混合すると共に、適宜な大きさに造粒したものである。廃プラスチックとしては可燃性のものであれば特に限定されず、例えば、（ａ）アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリルニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ポリ（メタ）アクリル酸（エステル）などのアクリル樹脂、（ｂ）ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイソブチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体などのオレフィン系重合体、ポリスチレンなどのエチレン系付加重合体、（ｃ）ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン−スチレン系共重合体などの合成ゴム、又は天然ゴム、および（ｄ）ポリアセタール、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン−６、ナイロン−６、６など）の縮合系重合体からなる群から選ばれた一種又は二種以上の熱可塑性樹脂を挙げることができる。

また、廃プラスチックとしては、種々のプラスチック成形体が一時的又は長期的使用された後に廃棄されたもの、或いは、種々のプラスチックの成形時に発生するオフ成形品、バリ部分、裁断残部又は耳部分などであればよく、特にライムケーキとの均一な配合や、その配合物の成形に好適なように、前処理として、粉砕、破砕、切断、引き裂きなどの手段によって、適当な大きさ又は形状に切断または粉砕されていることが望ましい。また、塊状のものでは最大長さが25mm以下、フィルム状のものでは、最大長さが50mm以下であることが好適に用いられる。さらに、また、廃プラスチックが粒状であっても、ライムケーキとの均一な混合ができるため、使用可能である。

また、請求項２の発明に係る固形燃料は、前記攪拌混合造粒機に供する前記廃プラスチックとライムケーキとの重量配合比が、１：０．１〜１：１であることを特徴としている。

廃プラスチックの着火を防止し、成形動力を低減すると共に、圧壊強度が増加される点などを考慮した配合比としたものである。ライムケーキは精糖工程から排出された状態では約３０％の水分が含まれており、この含水しているライムケーキを、前記重量配合比で前記攪拌混合造粒機に供する。これにより生成される固形燃料は、水分が除去されたものとなり、絶乾重量比では、約１：０.０７〜１：０.７の範囲のものとなる。

また、請求項３の発明に係る固形燃料の製造方法は、廃プラスチックを主体とした固形燃料の製造方法において、前記廃プラスチックとライムケーキとを攪拌混合すると共に、燃焼炉に投入するのに適した大きさに造粒することを特徴としている。

廃プラスチックとライムケーキとを攪拌し、十分に混合された状態で燃料として利用するのに適宜な大きさに造粒することにより固形燃料を製造するものである。

また、請求項４の発明に係る固形燃料の製造方法は、前記攪拌混合と造粒とを攪拌混合造粒機で行うのに際して、該撹拌混合造粒機への投入順序が、廃プラスチック、ライムケーキの順であることを特徴としている。

廃プラスチックをライムケーキに先だって投入し、該廃プラスチックが適宜に軟化した状態でライムケーキを投入するようにしたものである。先に投入されて攪拌されて餅状となった状態の廃プラスチックに対してライムケーキを投入することにより、廃プラスチックとライムケーキとが良好に粒状化されることになる。

また、請求項５の発明に係る固形燃料の製造方法は、前記廃プラスチックとライムケーキとを造粒成形する際に、これらが混合された状態で冷却水を投入して造粒成形することを特徴としている。

廃プラスチックとライムケーキの混合後にこれらを攪拌混合造粒機から取り出して、自然冷却することで造粒化されるが、その場合に生成された固形燃料の大きさが不揃いとなり、大きな塊となる場合があって、燃焼炉に投入するには大きすぎる塊となる場合もある。また、造粒時間も多くかかることになる。このため、廃プラスチックとライムケーキとが良好に混練された状態となったならば冷却水を投入して急速冷却するようにしたものである。これにより、造粒化が促進されて、固形燃料の径が均一化されると共に、確実に燃焼炉に投入するのに適した大きさに造粒される。

また、請求項６の発明に係る固形燃料の製造方法は、前記撹拌混合造粒機において、撹拌による摩擦熱もしくは外部からの加熱によって、撹拌混合器の内部温度が、１２０〜１４０℃で、廃プラスチックを軟化する状態まで溶融することを特徴としている。

餅状となった廃プラスチックにライムケーキを投入することがこれら廃プラスチックとライムケーキの粒状化にとって好ましく、廃プラスチックを効率的に軟化させて餅状とするには、１２０℃以上の温度で溶融させることが好ましく、特に１３０〜１４０℃で溶融させることが好ましいためである。

また、請求項７の発明に係る固形燃料の製造方法は、前記撹拌混合造粒機の撹拌羽根の周速が１８００m／min以上であることを特徴としている。

攪拌混合造粒機の攪拌方式としては、種々の形式のものが考えられるが、簡単な構造として攪拌羽根の回転によるものを利用することが設備コスト等の面で有利であり、その場合、廃プラスチックの硬軟やライムケーキの含水量等の性質に拘わらず、良好な攪拌と混合とを行うには、撹拌羽根の周速が１８００m／min以上であることが好ましい。これは、例えば、直径１ｍの攪拌羽根を約６００rpmで回転された場合に得られる値である。

本発明に係る固形燃料及び固形燃料の製造方法よれば、従来の廃プラスチックおよびライムケーキの燃焼炉における利用に関する問題点を解消した固形燃料であり、廃プラスチックとライムケーキを撹拌混合による造粒化により、ライムケーキの炭酸カルシウム分による脱硫作用を有し、かつ、ライムケーキとの混合によることで、燃焼炉の炉壁の劣化を防ぐ作用も有し、かつ、ライムケーキの乾燥工程が無くとも、燃焼炉への投入口の付着を防ぐ作用も有している。

また、いずれの原料もリサイクルすることで環境面でのメリットがあり、化石燃料の削減にもつながるものである。

以下、この発明に係る固形燃料及び固形燃料の製造方法について好ましい実施形態を説明する。なお、この実施形態では、特に流動層燃焼炉に適した固形燃料について説明するが、他の形式の燃焼炉に使用することもできるものである。

この発明に係る固形燃料は、廃プラスチックとライムケーキとを混合させて固化させることにより生成される。ライムケーキは、前述のように、製糖工場におけるビートの処理工程から排出される廃棄物であり、ビートから搾り取った汁を処理した後に沈殿した炭酸カルシウムと有機物とからなる混合物である。この実施形態で固形燃料の原料としたライムケーキを、図１のライムケーキ参考写真に示してある。同図に示すように、ライムケーキは約３０％の水分を含んだ粉粒物で、産業廃棄物として処理されているのが実情であるが、本発明は、固形燃料の原料とすることによりこのライムケーキの有効利用を図ろうとするものである。

また、原料となる廃プラスチックは可燃性のものであれば特に限定されることはない。例えば、（ａ）アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリルニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ポリ（メタ）アクリル酸（エステル）などのアクリル樹脂、（ｂ）ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイソブチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体などのオレフィン系重合体、ポリスチレンなどのエチレン系付加重合体、（ｃ）ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン−スチレン系共重合体などの合成ゴム、又は天然ゴム、および（ｄ）ポリアセタール、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン−６、ナイロン−６、６など）の縮合系重合体からなる群から選ばれた一種又は二種以上の熱可塑性樹脂を挙げることができる。

また、前記廃プラスチックは、種々のプラスチック成形体が一時的又は長期的使用された後に廃棄されたもの、或いは、種々のプラスチックの成形時に発生するオフ成形品、バリ部分、裁断残部又は耳部分などであればよい。特に、ライムケーキとの均一な配合や、その配合物の成形に好適なように、粉砕、破砕、切断、引き裂きなどの手段によって、適当な大きさ又は形状に切断または粉砕されていることが望ましいい。さらに、塊状のものでは最大長さが25mm以下、フィルム状のものでは、最大長さが50mm以下であることが好適に用いられる。なお、廃プラスチックが粒状であっても、ライムケーキとの均一な混合ができるため、使用可能である。図２にこの実施形態で固形燃料の原料とした廃プラスチックの参考写真を示してある。

そして、前記廃プラスチックとライムケーキとを混合させて適宜な大きさのペレット状に造粒することにより生成される。これら廃プラスチックとライムケーキとは、攪拌混合造粒機により混合し、造粒することができる。このとき、これら廃プラスチックとライムケーキとの配合比は、１：０．１〜１：１、好ましくは１：０.５が、混合して固形燃料化することが、廃プラスチックの着火を防止し、成形動力を低減し、圧壊強度を増すなどの点で好ましい。

また、前記廃プラスチックにライムケーキを混合させる際には、先に廃プラスチックを溶融させて餅状に軟化した後に投入することが、これらを効率よく混練できるので好ましい。

そして、この固形燃料を製造するには、攪拌混合造粒機に廃プラスチックとライムケーキとを投入することによる。攪拌混合造粒機は、投入された廃プラスチックとライムケーキを攪拌して混練させた後、適宜な大きさのペレットに造粒するものであればよい。この攪拌混合造粒機は、高速回転攪拌羽根を備えたせん断型攪拌混合機が好ましく、撹拌羽根の周速が１８００m／min以上であることが好ましい。これは、例えば、攪拌羽根の直径が１ｍである場合の該攪拌羽根の回転数が約６００rpmに相当する。これは、攪拌混合造粒機へ投入された原料が良好に混練されることができる回転数であり、先に廃プラスチックを投入して攪拌羽根の回転によるせん断力を受けて適宜に粉砕されると共に、攪拌羽根の回転により摩擦熱が発生して廃プラスチックが溶融されるためである。このとき、廃プラスチックが溶融して餅状にまで軟化することが好ましく、廃プラスチックの軟化温度付近までの範囲内となればよく、例えば、１２０〜１４０℃、特に１３０〜１４０℃程度の範囲内の温度となるまで攪拌することが好ましい。なお、攪拌羽根の回転によって当該温度まで昇温しない場合には、攪拌混合造粒機の外部からヒーターにより、あるいは外壁に設けたジャケット部に熱媒体を流通させる等によって内部を加熱することが好ましい。廃プラスチックが適宜に溶融して餅状となったならば、ライムケーキを投入する。投入されたライムケーキと餅状に溶融した廃プラスチックとが攪拌されてほぼ均一に混練された状態となったならば、冷却水を投入してこれらを急速冷却する。これらの混合物が急速冷却されることによって造粒されることになる。また、投入された冷却水は、これら混合物が保有している熱や、攪拌羽根の高速回転により生じる摩擦熱あるいは外部からの加熱により、迅速に蒸発する。すなわち、水分が除去されるに従って、混練された廃プラスチックとライムケーキとが徐々に乾燥し、粒状化することになる。このとき、粒径が１〜15mm、特に５〜10mm程度の粒状成形体が得られようにする。さらに、好ましくはその圧壊強度が、０.５〜１Kg/mmとなるようにすれば、搬送等のハンドリング時に破壊されてしまうことがない等、取り扱いが容易となって好ましい。なお、この実施形態により造粒された固形燃料の参考写真を、図３に示してある。

また、必要に応じて成形助剤を攪拌混合造粒機に投入して、粒状成形体の成形が円滑に行われるようにすることもできる。この成形助剤としては可燃性であればよく、廃プラスチックとライムケーキとに結合するものであればよい。

そして、成形された固形燃料は、その発熱量が４５００〜６５００Kcal/kg、特に、５０００〜６０００Kcal/kg 程度である。

この発明に係る固形燃料及び固形燃料の製造方法によれば、いずれも産業廃棄物として扱われる廃プラスチックとライムケーキとを原料として、燃焼炉、特に流動層燃焼炉用の燃料とすることができ、廃棄物処理の減量化とエネルギ回収効率を向上させることに寄与する。

この発明の実施形態に係る方法により製造される固形燃料の原料に使用したライムケーキを示す参考写真である。 この発明の実施形態に係る方法により製造される固形燃料の原料に使用した廃プラスチックを示す参考写真である。 この発明の実施形態に係る方法により製造された固形燃料を示す参考写真である。

Claims (7)

1. 廃プラスチックを主体とした固形燃料において、
   前記廃プラスチックとライムケーキとを攪拌混合造粒機により造粒成形したことを特徴とする固形燃料。
2. 前記攪拌混合造粒機に供する前記廃プラスチックとライムケーキとの重量配合比が、１：０．１〜１：１であることを特徴とする請求項１に記載の固形燃料。
3. 廃プラスチックを主体とした固形燃料の製造方法において、
   前記廃プラスチックとライムケーキとを攪拌混合すると共に、燃焼炉に投入するのに適した大きさに造粒することを特徴とする固形燃料の製造方法。
4. 前記攪拌混合と造粒とを攪拌混合造粒機で行うのに際して、該撹拌混合造粒機への投入順序が、廃プラスチック、ライムケーキの順であることを特徴とする請求項３に記載の固形燃料の製造方法。
5. 前記廃プラスチックとライムケーキとを造粒成形する際に、これらが混合された状態で冷却水を投入して造粒成形することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の固形燃料の製造方法。
6. 前記撹拌混合造粒機において、撹拌による摩擦熱もしくは外部からの加熱によって、撹拌混合器の内部温度が、１２０〜１４０℃で、廃プラスチックを軟化する状態まで溶融することを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれかに記載の固形燃料の製造方法。
7. 前記撹拌混合造粒機の撹拌羽根の周速が１８００m／min以上であることを特徴とする請求項３から請求項６までのいずれかに記載の固形燃料の製造方法。