JP4316486B2

JP4316486B2 - 燃料及びその使用方法

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Publication number: JP4316486B2
Application number: JP2004363683A
Authority: JP
Inventors: 浩文森; 誠鏡田; 克己青野
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: JP2006169376A

Description

本発明は、廃畳、油泥等の有機質廃棄物を利用した燃料及びその使用方法に関する。

原油スラッジ等の油泥は、高いエネルギーを有するため、産業廃棄物として焼却処分または埋め立て処分せずに、燃料として有効利用することが期待されている。
しかし、油泥は、高い粘稠性を有しているものや、常温で流動性がないものや、固形分が沈降分離し固着するものなどがあるため、管路を介した輸送時等におけるハンドリング性が悪く、燃料としての取り扱いが困難である。
そのため、油泥を単独で用いるのではなく、油泥と他の固体材料を混合して、固体燃料（例えば、粒状の固形燃料）として用いることが提案されている。
例えば、燃料組成重量比１００％に対して原油スラッジまたは廃油５０〜６０％、製紙スラッジおよびオガワクズ２０〜４０％、カーボン５〜１０％、プラスター５〜１０％、ソーダ灰２〜８％、有煙粉炭２〜８％を必須分とした混合物を乾燥成形したことを特徴とする固形燃料の製造方法が、提案されている（特許文献１）。
また、家具工場で生じたおが屑に、重質炭化水素の如き高い粘稠性を有する物質を含浸させてなる混合物を、セメントキルン内に燃料として投入する技術が、知られている（非特許文献１）。
特開昭５４−３９４０１号公報「ＣＥＭＥＮＴＡＭＥＲＩＣＡＳ」１９９９年１０月号第１０〜１１頁

上述のように、原油スラッジ等の粘稠性を有する物質と、おが屑等の固体材料とからなる混合物を、固体燃料として用いることが知られている。
しかし、これらの固体燃料には、次のような問題がある。
第一に、セメントキルンは、これらの固体燃料の大口利用先として期待されている。しかし、成形した固形燃料は、セメントキルンの窯尻等へ投入し焼却することはできるものの、セメントキルンの窯前、すなわち、火炎を形成し、着地前に完全に燃焼させる必要がある用途には使用することができない。燃料の代替物として廃棄物を使用し易い、セメントキルンの窯尻での処理能力の余力は、なくなりつつあるため、今後は、セメントキルンの窯前（バーナーの近傍）で使用可能な性状を有する固体燃料を提供する必要がある。なお、前記の非特許文献１の技術において、家具工場で発生するおが屑を使用した固体燃料は、成形を行なわずに、キルンの窯前に設けられたバーナーの代替燃料として用いられている。
第二に、これらの固体燃料において、原油スラッジ等の粘稠性を有する物質の質量割合を大きくすると、固体燃料の表面に光沢及び付着性（表面に滲出した油によって、他の物質に付着し易くなること）が生じ、その結果、貯留タンク内で固体燃料のブリッジが生じたり、燃料供給用の管路内で固体燃料が閉塞するなどの問題が起こりうる。逆に、これらの問題を回避するために原油スラッジ等の粘稠性を有する物質の質量割合を小さくすると、原油スラッジ等の粘稠性を有する物質を燃料として有効利用しようとする本来の趣旨に合致しなくなる。
第三に、これらの固体燃料において、原油スラッジ等の粘稠性を有する物質を含浸させるための固体材料として、例えば、製材所や家具工場で発生するおが屑を用いた場合、光沢や付着性に影響を与える水分量が不安定であり、固体燃料の品質にばらつきが生じやすいことに加えて、おが屑の多くが有価で取引されることから、固体燃料の材料コストが増大する傾向がある。また、廃材を破砕して製造される大きな粒度を有する木材チップを用いた場合、該木材チップを主体とする固体燃料は、燃焼が完了するまでに比較的長い時間を要するので、セメントキルンの如き炉内の着地前の完全燃焼を要求される燃料としては、不適当である。
そこで、本発明は、原油スラッジ等の油泥を含浸させた固体燃料であって、原油スラッジ等の油泥の質量割合が大きくても、表面に光沢及び付着性を生じず、貯留時や管路を介した供給時等において優れたハンドリング性を有し、かつ、セメントキルン内で着地前に完全燃焼することのできるセメントキルンのバーナー用の固体燃料を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、油泥を含浸させるための固体材料として、廃畳の破砕物を用いればよいことを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］畳の破砕物１００質量部及び油泥３０〜３００質量部を含む有機質混合物からなり、かつ、無定形であることを特徴とするセメントキルンのバーナー用燃料。
［２］前記畳の破砕物中の５ｃｍ以下の長さを有する破砕物の割合が、８０質量％以上である前記［１］の燃料。
［３］前記有機質混合物が、２００質量部以下の有機質粉体を含む前記［１］又は［２］の燃料。
［４］前記有機質粉体が、３００μｍ以下の平均粒径を有する粉体である前記［３］の燃料。
［５］前記［１］〜［４］のいずれかの燃料を、所定の管路を介してセメントキルン内に投入し、燃焼させることを特徴とする燃料の使用方法。

本発明の燃料は、油泥を含浸させるための固体材料として、畳の破砕物を用いているため、油泥の質量割合を大きくしても、当該燃料の表面に光沢及び付着性を生じることがなく、その結果、タンク内での貯留時にブリッジを形成したり、セメントキルンへの供給時に管路の閉塞を引き起こすなどの問題を生じず、常に、優れたハンドリング性を示す。
また、本発明の燃料は、畳の破砕物等を主な材料としているため、セメントキルン内に投入後、着地前に完全燃焼するものであり、着地後の燃焼に起因する焼成物の品質の低下を招くこともない。
さらに、本発明の燃料は、乾燥や成形等の処理を行なわなくても、材料を混合するだけの無定形の状態のままで、固体燃料として用いることができる。

本発明の燃料は、畳の破砕物１００質量部及び油泥３０〜３００質量部を含む有機質混合物からなり、かつ、無定形である、セメントキルンのバーナー用燃料である。以下、本発明の燃料を構成する材料について詳しく説明する。
［畳の破砕物］
本発明で用いる畳としては、通常、使用後の廃畳が用いられる。
畳は、畳床と、畳床の上面に敷設された畳表からなるものである。畳表は、い草を編んで形成される。
畳は、畳床の材質によって、本畳、ワラサンド畳、化学畳に分類される。
本畳は、稲藁を主体とした畳床を有するものである。
ワラサンド畳は、稲藁からなる層と、稲藁以外の材料（例えば、ポリスチレンフォーム板、インシュレーションボード等）からなる層とを積層してなる畳床を有するものである。ワラサンド畳の畳床の構造の一例として、上層、中間層及び下層の３層からなる畳床であって、上層及び下層が稲藁からなり、かつ、中間層がポリスチレンフォーム板からなるものが挙げられる。
なお、ポリスチレンフォーム板は、ポリスチレン樹脂組成物に発泡剤を添加して膨張させて形成した、所定の厚さを有する板状の成形体である。インシュレーションボードは、木材チップを接着剤によって固めて形成した軟質繊維板である。
化学畳は、稲藁以外の材料（例えば、ポリスチレンフォーム板、インシュレーションボード等）を主体とした畳床を有するものである。化学畳の畳床の構造の一例として、上層がインシュレーションボードからなり、かつ、下層がポリスチレンフォーム板からなるものが挙げられる。

畳の破砕物中の５ｃｍ以下の長さを有する破砕物の割合は、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上である。該割合が８０質量％以上であれば、金属、ウエス等の異物の混入や、タンク内でのブリッジの形成を抑制することができ、本発明の燃料のハンドリング性をより向上させることができる。
畳の破砕物中の５ｃｍ以下の長さを有する破砕物の割合を８０質量％以上にするための方法の一例としては、ロストルを装着した一軸式破砕機を用いて、畳を破砕する方法が挙げられる。この場合、ロストルの目開き寸法が２０ｍｍ以下であると、畳の破砕物中の５ｃｍ以下の長さを有する破砕物の割合は、９０質量％以上になる。

［油泥］
本発明で用いる油泥は、オイルスラッジ（例えば、重油スラッジ、原油スラッジ等）、廃油再生残渣（油水分離設備等を用いて廃油を再生した後に残る残渣）、廃塗料、廃インク、廃溶剤、グリース、廃植物油、廃食用油、脱水有機汚泥等の油性物質の一種以上を含むものである。
中でも、オイルスラッジ及び廃油再生残渣は、分子量の大きな炭化水素を主成分とし、粘稠性が高く、固形分が分離し易いため、従来は燃料としての取り扱いが困難で、焼却処分または埋め立て処分されていたものであり、廃棄物の利用促進の観点から、本発明において好ましく用いられる。
油泥の配合量は、畳の破砕物１００質量部に対して、３０〜３００質量部、好ましくは５０〜２００質量部、より好ましくは８０〜１５０質量部である。該配合量が３０質量部未満では、原油スラッジ等の粘稠性を有する物質を燃料として有効利用しようとする本来の趣旨に合致しなくなる。該配合量が２００質量部を超えると、本発明の燃料の表面に光沢及び付着性が生じ、ハンドリング性が低下することがある。ただし、固形分を多く含む油泥を用いる場合は、３００質量部まで配合可能な場合がある。

［有機質粉体］
本発明の燃料の材料として、畳の破砕物及び油泥に加えて、有機質粉体を用いることができる。有機質粉体を配合することによって、本発明の燃料の嵩密度を増大させて、設備の処理能力を増大させることができる。また、有機質粉体の種類によっては、本発明の燃料中の油泥の使用可能量を増大させることができる。
なお、本明細書中、粉体とは、粒径が１ｍｍ以下の固体粒子をいう。
有機質粉体の好ましい例としては、３００μｍ以下（特に好ましくは１００μｍ以下）の平均粒径を有する有機質粉体が挙げられる。
このような３００μｍ以下の平均粒径を有する有機質粉体の例としては、トナー、重油灰、微粉炭、活性炭の粉砕物、肉骨粉の粉砕物等が挙げられる。これらの有機質粉体は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
中でも、トナー及び重油灰は、１〜３０μｍの平均粒径を有し、油泥の使用可能量の増大、燃料の熱量の増大、及び嵩密度の増大による設備能力の増大の面で優れた効果を有するので、本発明において好ましく用いられる。
有機質粉体の配合量の上限値は、畳の破砕物１００質量部に対して、好ましくは２００質量部以下、より好ましくは１５０質量部以下、特に好ましくは１２０質量部以下である。該値が２００質量部を超えると、本発明の燃料の流動性が低下して、貯留タンク内でブリッジが生じたり、管路内で閉塞が生じたりすることがある。
有機質粉体の配合量の下限値は、特に限定されないが、有機質粉体の配合による効果を十分に得るためには、畳の破砕物１００質量部に対して、好ましくは５質量部以上、より好ましくは１０質量部以上、特に好ましくは２０質量部以上である。

［他の材料］
本発明においては、本発明の効果を損なわない限りにおいて、前記の材料以外の他の材料を配合することができる。
他の材料の例としては、木材チップ、廃プラスチックの破砕物等の粒径が１ｍｍを超える有機質粒体が挙げられる。
他の材料の配合量は、畳の破砕物１００質量部に対して、好ましくは２０質量部以下、より好ましくは１０質量部以下である。

［本発明の燃料の使用方法］
本発明の燃料の使用方法は、本発明の燃料を所定の管路を介してセメントキルン内に投入し、燃焼させるものである。
ここで、セメントキルンとは、クリンカを製造するためのキルンである。
次に、図面を参照しつつ、本発明の燃料の使用方法の一例を説明する。図１は、本発明の燃料を用いるクリンカ製造設備（セメントキルン及びその関連装置）を概念的に示す図である。
まず、クリンカ製造設備を構成する各装置について、簡単に説明する。図１中、セメントキルン（焼成炉）１は、セメント原料４を焼成してクリンカ７を製造するための長尺の円筒状の回転体である。
セメントキルン１の原料供給側には、セメント原料４を予熱及び脱炭酸し、かつセメントキルン１で発生した排ガス５を系外に排出するために、複数のサイクロンからなるプレヒーター２、及び仮焼炉３が連結されている。
セメントキルン１の焼成物排出側には、焼成物（クリンカ）を冷却するためのクーラー６が連結されている。また、セメントキルン１の焼成物排出側には、セメントキルン１の原料を最高温度で１，４５０℃程度の高温雰囲気にするために、バーナー８、及び燃料１２の供給用の管路１０等が配設されている。
管路１０は、一端がブロア１１に接続され、他端がバーナー８に接続されている。管路１０の所定の地点（ブロア１１の近傍）には、燃料１２を貯留しかつ管路１０に供給するための貯留・定量供給装置９が接続されている。

図１に示すクリンカ製造設備において、まず、プレヒーター２の上部に設けられている原料投入口に、セメント原料４を投入する。セメント原料４は、プレヒーター２及び仮焼炉３内を下方に移動しながら、予熱及び脱炭酸され、次いで、窯尻からセメントキルン１内に移動する。
セメント原料は、緩い傾斜を有しかつ緩やかに回転するセメントキルン１内を、バーナー８が配設されている窯前に向かって徐々に移動していき、その過程で焼成されてクリンカ７となる。クリンカ７は、セメントキルン１の窯前からクーラー６内に落下して、クーラー６で冷却された後、排出される。
セメントキルン１の内部は、原料の最高温度（バーナー８の火炎の近傍の原料の温度）が１，４５０℃程度になるように温度が管理されている。このような高温雰囲気を保持するために、本発明の燃料１２は、セメントキルン１の主燃料である微粉炭に代えて、あるいは微粉炭と併用して、バーナー８から炉内に投入される。

燃料１２は、表面に光沢及び付着性を有しない無定形の固体燃料であり、当初は貯留・定量供給装置９に収容されている。なお、貯留・定量供給装置９を用いずに、燃料１２の製造装置（図示せず）から直接、燃料１２を管路１０に供給してもよい。
貯留・定量供給装置９内の燃料１２は、貯留・定量供給装置９の底部に設けられたロータリーフィーダー等の供給量調整手段によって、所定の供給速度で管路１０内に落下する。落下した燃料１２は、ブロア１１からの風圧によって所定の流速で管路１０内をセメントキルン１に向かって移動し、管路１０の端部に接続されているバーナー８の燃料噴射口からセメントキルン１内に所定の噴射速度で投入される。
炉内に投入された燃料１２は、バーナー８からの炎によって、炉底に着地する前に短時間で完全燃焼する。燃料１２の燃焼残渣は、クリンカの成分の一部となる。なお、燃料１２は、着地前に完全燃焼するので、クリンカの品質を低下させることはない。
燃料１２の単位時間当たりの処理量を増大させるために、図１中に矢印Ａで示すように、セメントキルン１の窯尻から燃料１２を投入してもよい。

［実施例１〜１１、比較例１〜２］
［１．使用材料］
以下の材料を用いた。
（１）固体材料
（ａ）化学畳の破砕物
一次破砕機（一軸式破砕機；ロストルの目開き：２０ｍｍ）を用いて化学畳を破砕し、５ｃｍ以下の長さを有する破砕物の割合が９０質量％以上である破砕物を調製した。この際、化学畳としては、インシュレーションボードとポリスチレンフォーム板との積層体を畳床として有するものを用いた。
化学畳の破砕物の嵩密度は、０．０６５ｋｇ／リットルであった。なお、本明細書中、嵩密度とは、締め固めをしない状態における嵩密度（ゆるめ嵩密度）を意味する。
（ｂ）本畳の破砕物Ａ（ロストルの目開き：２０ｍｍ）
一次破砕機（ロストルの目開き：２０ｍｍ）を用いて本畳を破砕し、５ｃｍ以下の長さを有する破砕物の割合が９０質量％以上である本畳の破砕物Ａを調製した。
本畳の破砕物Ａの嵩密度は、０．１１５ｋｇ／リットルであった。
（ｃ）本畳の破砕物Ｂ（ロストルの目開き：１５ｍｍ）
一次破砕機（ロストルの目開き：５０ｍｍ）を用いて本畳を破砕して破砕物を得た後、この破砕物を、二次破砕機（ロストルの目開き：１５ｍｍ）を用いて更に破砕し、５ｃｍ以下の長さを有する破砕物の割合が９０質量％以上である本畳の破砕物Ｂを調製した。
本畳の破砕物Ｂの嵩密度は、０．１２４ｋｇ／リットルであった。
（ｄ）木材チップ
粒径２〜５ｍｍ程度の木材チップを用いた。
（ｅ）おが屑
粒径０．５〜１ｍｍ程度のおが屑を用いた。

（２）油泥
油泥として重油スラッジを用いた。
（３）有機質粉体
（ａ）廃トナーＡ
嵩密度が０．２２ｋｇ／リットルであるトナーを用いた。
（ｂ）廃トナーＢ
嵩密度が０．６５ｋｇ／リットルであるトナーを用いた。
（ｃ）微粉炭
セメント焼成用の微粉炭（嵩密度：０．４５ｋｇ／リットル）を用いた。

［２．燃料の調製及び評価］
（１）化学畳の破砕物を含む燃料（実施例１、２）
化学畳の破砕物６．２０ｋｇ、及び油泥４．９６ｋｇ（化学畳の破砕物に対する質量比：０．８）をミキサーに投入し、１５秒間撹拌した後、得られた混合物の性状の良否を、目視及び触感で評価した。この混合物の表面に、油泥による光沢及び付着性がないものを「○」とし、油泥による光沢及び付着性があるものを「×」とした。この評価基準は、油泥中の液体（固形分を除く油や水）が固体材料に吸収しきれずに、固体材料の表面に残留したときに、圧送管の内壁と燃料の間に液体架橋が生じて付着し、管路の閉塞を招くことがわかっていることから、良否の基準として採用したものである。また、この場合に、表面が濡れた状態であるため、光沢が見られることも評価指標とした。
評価結果が「○」である場合、ミキサーに油泥１．２４ｋｇ（化学畳の破砕物に対する質量比：０．２）を追加し、さらに１５秒間撹拌して、前記と同様に混合物の性状を評価した。以後、評価結果が「×」になるまで油泥の追加及び撹拌を繰り返した。
その結果、化学畳の破砕物に対する油泥の質量比が１．４になるまで、評価結果は「○」であった。なお、該質量比が１．４の場合を実施例１とし、該質量比が１．２の場合を実施例２とする。
実施例１、２について、（ａ）混合前の化学畳の破砕物１トン当たりの体積、（ｂ）混合前の化学畳の破砕物１トンに対する配合された油泥の体積、（ｃ）化学畳の破砕物（１トン）と油泥を混合した後の混合物（本発明の燃料）の体積、（ｄ）本発明の燃料の嵩密度を、各々、測定した。

（２）本畳の破砕物Ａを含む燃料（実施例３）
化学畳の破砕物に代えて本畳の破砕物Ａを用いた以外は、前記（１）と同様にして実験を行なった。
（３）本畳の破砕物Ｂを含む燃料（実施例４）
化学畳の破砕物に代えて本畳の破砕物Ｂを用いた以外は、前記（１）と同様にして実験を行なった。
（４）化学畳の破砕物と本畳の破砕物の混合物を含む燃料（実施例５、６）
化学畳の破砕物に代えて、化学畳の破砕物と本畳の破砕物Ａの混合物（質量比１：１）を用いた以外は、前記（１）と同様にして実験を行なった。
（５）木材チップを含む燃料（比較例１）
化学畳の破砕物に代えて木材チップを用いた以外は、前記（１）と同様にして実験を行なった。
（６）おが屑を含む燃料（比較例２）
化学畳の破砕物に代えておが屑を用いた以外は、前記（１）と同様にして実験を行なった。
以上の結果を表１及び表２に示す。なお、表１中、油泥による光沢及び付着性の有無の評価は、単に「付着性の評価」と記載している。

表１から、本発明の燃料（実施例１〜６）は、固体材料（畳の破砕物）に対して質量比で１．０以上の油泥を使用しているものの、表面に光沢及び付着性を有さず、貯留時や管路を介した供給時等において優れたハンドリング性を示すことがわかる。
これに対し、畳の破砕物以外の固体材料を用いた燃料（比較例１、２）は、固体材料（木材チップ、おが屑）に対して質量比で１．０の油泥を使用した場合に、表面に光沢及び付着性を生じ、ハンドリング性が劣ることがわかる。
また、表２から、本発明の燃料は、固体材料である畳の種類として、化学畳と本畳のいずれを用いた場合であっても、混合前の畳の単位質量（１トン）当たりの本発明の燃料（混合物）の嵩密度及び体積が、比較的狭い数値範囲内に収まり、品質の均一性が高いことがわかる。
例えば、化学畳の破砕物を用いた実施例１、２と、本畳の破砕物を用いた実施例３、４を比較すると、混合前の各材料の体積の合計量については、実施例１、２（１６．６〜１６．８ｍ³）と実施例３、４（９．１〜９．９ｍ³）の間に大きな差が認められる。一方、混合後の混合物（燃料）の体積については、実施例１、２（１６．４〜１７．３ｍ³）と実施例３、４（１３．３〜１５．５ｍ³）の間に大きな差はない。また、混合後の混合物（燃料）の嵩密度についても、実施例１、２（０．１３〜０．１４ｋｇ／リットル）と実施例３、４（０．１４〜０．１５ｋｇ／リットル）の間に大きな差はない。

（７）畳の破砕物及び有機質粉体を含む燃料（実施例７〜１１）
化学畳の破砕物１００質量部に代えて、表３に示す畳の破砕物及び有機質粉体（合計量１００質量部）を用いた以外は、前記（１）と同様にして実験を行なった。その結果を表３に示す。
表３中の実施例７〜１１（固体材料に対する油泥の質量比：１．０〜１．２、嵩密度：０．２１〜０．２９ｋｇ／リットル）と、表１及び表２中の実施例４（固体材料に対する油泥の質量比：１．０、嵩密度：０．１５ｋｇ／リットル）を比較すると、有機質粉体を配合することによって、有機質粉体を配合しない場合と比べて、固体材料（畳、有機質粉体）に対する油泥の使用可能量を同等以上に維持しつつ、嵩密度を増大させうることがわかる。
表３中の実施例１１（固体材料に対する油泥の質量比：１．４、嵩密度：０．２０ｋｇ／リットル）と、表１及び表２中の実施例５（固体材料に対する油泥の質量比：１．４、嵩密度：０．１１ｋｇ／リットル）を比較しても、同様のことがわかる。

本発明の燃料を用いるクリンカ製造設備の一例を概念的に示す図である。

符号の説明

１焼成炉（セメントキルン）
２プレヒーター
３仮焼炉
４セメント原料
５排ガス
６クーラー
７焼成物（クリンカ）
８バーナー
９貯留・定量供給装置
１０管路
１１ブロア
１２燃料

Claims

畳の破砕物１００質量部及び油泥３０〜３００質量部を含む有機質混合物からなり、かつ、無定形であることを特徴とするセメントキルンのバーナー用燃料。
前記畳の破砕物中の５ｃｍ以下の長さを有する破砕物の割合が、８０質量％以上である請求項１に記載の燃料。
前記有機質混合物が、２００質量部以下の有機質粉体を含む請求項１又は２に記載の燃料。
前記有機質粉体が、３００μｍ以下の平均粒径を有する粉体である請求項３に記載の燃料。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料を、所定の管路を介してセメントキルン内に投入し、燃焼させることを特徴とする燃料の使用方法。