JP4457753B2 - 廃プラスチックを用いたコークスの製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、使用済みプラスチックを大量にリサイクル処理するために、高炉やコークス炉で使用する技術が提案されている。
しかしながら、この特許文献1に記載された方法では、廃プラスチックの嵩密度が低いために、コークス炉に装入した石炭の嵩密度が低下し、コークス品質の悪化を招くとして、特許文献2において、予め減容処理を行った廃プラスチックを石炭に混合し、成形炭として使用する提案がなされている。
(a)予め減容処理を行った廃プラスチックを石炭と混合し、成形炭として使用するものであるため、成形設備を必要とすることを含め、成形コストがかかる。
(b)また、廃プラスチックを60〜200℃に加熱する減容処理では、廃プラスチックが溶 融した状態とはならず、廃プラスチック中の溶融しない部分および成分によっては、嵩密度は依然として低い状態であるため、得られるコークス品質にムラが生じ、品質劣化が避けられない。
(1)廃プラスチックを石炭に混合してコークスを製造するに際し、該廃プラスチックに対し、減容処埋を施したのち、破砕し、ついで破砕した廃プラスチックを石炭に混合した後、コークス炉に装入して乾留を行うコークスの製造方法において、該廃プラスチックの減容処理が、該廃プラスチックに250〜350℃の熱を加えて溶融・撹拌したのち冷却すると共に、炭素含有物質を加えて行う減容処理であることを特徴とする廃プラスチックを用いたコークスの製造方法(第1発明)。
この第1発明では、減容処理を行った廃プラスチックが、石炭中に偏在しないように、一旦破砕し粒度調整してから、石炭に混合し、コークス炉に装入して乾留を行うことにより、廃プラスチックを粘結材として効果的に利用してコークス品質の向上を実現する。
なお、破砕に際しては、好ましくは破砕粒径を石炭粒度とほぼ等しくすることにより、偏析の発生をより効果的に抑止することができる。
さらに、この第1発明では、炭素含有物質を加えることにより、コークスの製造においてはCの回収が図られ、またコークスと共に高炉へ装入することによって、還元剤として活用される。一方、加える炭素含有物質は、廃プラスチックの減容処理において廃プラスチック中の不純物となり、冷却後の破砕処理において亀裂誘引に有効に寄与するため、減容処理後の廃プラスチックの破砕が容易になる。
この第2発明では、減容処理に溶媒を用いることによって、廃プラスチックの粘結材としての有効利用のみならず、溶媒による廃プラスチックの溶融処理とコークスの品質向上を同時に達成することができる。
この第3発明によれば、減容処理後に廃プラスチック中の溶媒を回収して再利用することが可能となり、製造コストの低減に有効である。
この第4発明では、減容処理物から分離される液状または固体状物資を、別途回収して他の用途に有効利用することができる。また、回収した液状または固体状物資を、単独でまたは減容処理物と共に石炭に混合したのち、コークス炉に装入して再利用することもできる。
そして、減容処理後、破砕して得た廃プラスチックは、石炭と同等に扱うことができるので、特殊な設備を必要とせずに容易にコークス炉において使用することができる。
さて、本発明では、廃プラスチックに対し、熱処理による減容処理を施したのち、得られた廃プラスチックを一旦破砕する。
これにより、廃プラスチックを、石炭中に偏在しないように供給できるので、廃プラスチックの粘結材としての作用が向上し、その結果コークス品質の向上が実現される。
なお、廃プラスチックの破砕に際しては、破砕粒径を石炭粒度とほぼ等しくすることによって石炭とのより均一な混合が可能となり、偏析発生が抑止されるので、廃プラスチックの粒径は石炭の粒径とほぼ等しい3mm以下の粒子含有量:70〜80質量%とすることが好ましい。
また、減容処理を施した廃プラスチックの石炭に対する混合割合は、石炭:100重量部に対し、1〜10重量部程度とするのが好適である。
すなわち、1重量部以上の混合でないと効果が出ず、一方10重量部を超えると、廃プラスチックの揮発分が高いためコークス収率が低下するだけでなく、析出カーボンによる操業トラブル頻度が増える可能性がある。また、廃プラスチックの性状によってはコークス強度の低下を招く可能性があり、好ましくない。
また、本発明では、廃プラスチックの粘結性を十分に活用してコークス品質向上を図れるので、従来よりも粘結性に劣る石炭の利用が可能となり、コークス製造の際のコストを低減することができる。
このように、一旦溶融させることにより、廃プラスチックの均質化を図ることができる。
ここに、使用済みプラスチック(廃プラスチック)の具体例としては、プラスチックボトル、プラスチック袋、プラスチック包み、プラスチックフィルム、プラスチックトレイ、プラスチックカップ、磁気力ード、磁気テープ、ICカード、フレキシブルコンテナ、プリント基板、プリントシート、電線被覆材、事務機器または家電製品用ボディーおよびフレーム、化粧合板、パイプ、ホース、合成繊維および衣料、プラスチック成型ペレット、ウレタン材、梱包用シート、梱包用バンド、梱包用クッション材、電気用部品、玩具、文房具、トナー、自動車用部品(例えば、内装品、バンパー)、自動車または家電製品等のシュレッダーダスト、イオン交換樹脂、合成紙、合成樹脂接着剤、合成樹脂塗料、固形化燃料(廃棄プラスチック減容物)等で示されるポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロイド等のC,H,Oを主体としたプラスチックであるが、本発明においては、これら廃プラスチックを一旦溶融・撹拌し、冷却した後、破砕して使用する。
すなわち、従来は、廃プラスチックを単なる混合物として利用(減容化しない場合は、各種プラスチックの破断した混在物からなる廃プラスチックの混合物であり、特許文献2記載の減容化した廃プラスチックの使用では、溶融したもの、溶融しないものが混在した廃プラスチックの混合物である)しているため、前者では、嵩密度が低く、また原料として不均質という問題が、また後者でも、廃プラスチック中の溶融しない部分および成分によって強度が低下するという問題があったのであるが、本発明に従い、廃プラスチックを一旦溶融させることにより、これらの問題を有利に解決することができる。
すなわち、使用済み廃プラスチック中に含まれる塩素含有プラスチックの脱塩素反応は、加熱に伴い、150℃程度から徐々に始まる。本発明においては、他の廃プラスチックも溶融する250℃まで加熱して効果的に脱塩素し、さらにこの溶融体に撹拌処理を加えることにより、脱塩素の促進を図る。しかしながら、廃プラスチックを350℃を超えて加熱すると、プラスチックの熱分解が始まるため、溶融のための加熱温度は350℃以下とする。
本発明では、上記の原理を利用して、廃プラスチックを原料とした粘結材の製造について鋭意検討し、コークス用原料として極めて有効な廃プラスチック処理物を得ることに成功したものである。
石炭系タールの例としては、軟ピッチ、軟ピッチを減圧蒸留した塔底から抜き出した減圧ピッチ(軟化点:110℃程度)、軟ピッチを減圧蒸留塔中段より抜き出した留分(減圧蒸留塔での蒸留温度:154℃程度)、軟ピッチを減圧蒸留塔塔頂より抜き出した留分(HOB、減圧蒸留塔での蒸留温度:255℃程度)、石炭液化油成分から得られる重質油成分ならびにそれらのブレンド油などを好適に使用することができる。
石油系タールの例としては、石油系減圧残油、エチレンボトム油、改質油およびFCCオイル等が挙げられる。
また、これらの混合物を用いることもできる。
なお、溶媒を使用する場合には、溶媒/廃プラスチックが重量比で0.5〜20となる割合で廃プラスチックを混合・溶解することが好ましい。というのは、廃プラスチックの割合が多すぎると、溶媒によるプラスチックの低分子化、低重合化の効果が小さく、一方廃プラスチックの割合が少なすぎると、廃プラスチック添加効果が低減するからである。
というのは、炭素含有物質を加えることにより、コークス製造においては、Cの回収が図られるだけでなく、コークスと共に高炉へ装入することによって、還元剤として有効に活用され、一方加える炭素含有物質は、廃プラスチックの減容処理において廃プラスチック中に不純物として侵入し、冷却後の破砕処理において亀裂を効果的に誘引し、減容処理後の廃プラスチックの破砕性が向上するからである。
好ましくは3mm以下である。
なお、炭素含有物質が、易破砕性物質であれば廃プラスチックの破砕と同時に容易に破砕するので、この場合には使用粒径の制約はなくなる。
すなわち、本発明では、減容処理物から分離される液状または固体状物質のような廃プラスチック減容時の発生物を、効果的に有効利用することができる。
図1は、廃プラスチックの収集から冷却までの減容処埋工程および破砕工程を示すフローチャートである。
廃プラスチックを利用したコークス製造工程は、一般廃プラスチックあるいは産廃プラスチックを収集する収集工程1と、梱包され収集された廃プラスチックを解砕(解袋)する工程2、解砕された廃プラスチック中に混在している異物を除去するために廃プラスチックを一旦粗く例えば100mm以下に破砕する1次整粒工程3を経て、廃プラスチック中の異物(各種金属、瀬戸物等)を風選、磁選、手選等により選別除去する選別工程4を通して、異物を除去する。産業廃棄物由来の廃プラスチックであれば、異物混入のおそれは少ないので、この場合は、これらの工程3,4を省略することもできる。
例えば、プラスチックがスラリー状である場合など、プラスチックの溶媒に対する溶解が不十分な場合には、冷却過程で分離するおそれがあるので、できるだけ急冷して冷却する必要がある。かような急冷装置・方法としては、スチール製ベルト上面に溶融状態のプラスチック含有溶媒を供給し、スチールベルト下面を水等で間接的に冷却し、スチールベルトが連続的に前方に移動し、冷却された溶融状態のプラスチック含有溶媒を固体として回収する方法を用いることができる。あるいは、プラスチック含有溶媒を直接冷却する方法を用いることもできる。
図2は、冷却工程7、破砕工程8を経由した廃プラスチックAを、一旦貯蔵ホッパ9に貯蔵し、配合槽10から供給される石炭15上に廃プラスチックAを切り出し、石炭15と廃プラスチックAを共に破砕工程11に供給して粉砕し、ついで貯炭槽12へ輸送したのち、貯炭槽12から装炭車13に切り出し、コークス炉14の炭化室(省略)内に装入して、石炭と共に廃プラスチックを乾留する場合である。
図2においては、破砕工程11で石炭15と廃プラスチックAを同時に粉砕するため、この過程で混合がなされる。なお、この場合は、破砕工程11でコークス炉14への装人粒径の調整が行われるため、破砕工程8での廃プラスチックの破砕は粗破砕で構わない。
この形態では、破砕工程8で、廃プラスチックの粒径が石炭粒経とほぼ同一となるように粒度調整が行われる。その後、石炭15と廃プラスチックAが同一輸送上(ベルトコンベア上)に切出され(積層)、貯炭槽12まで輸送する輸送上のベルトジャンクションおよび貯炭槽12への装入過程で混合が果たされたのち、貯炭槽12から装炭車13に切り出し、石炭と共に廃プラスチックがコークス炉14の炭化室(省略)内に装入される。
容器包装サイクル法に基づき収集された廃プラスチックを、2次整粒まで処理した処理物に対し、210℃,60分の熱処理を行って、減容処理物を得た。この処理物には、未溶融物も一部観察されたが、溶融プラスチック部分と一体となった凝固物が得られた。この凝固物を破砕工程において配合炭とほぼ等しい粒径に破砕した。この処理物を、配合炭に3%添加し、コークス炉に装入して18.5時間の乾留を行い、窯出し後、乾式消火してコークスを得た。
この時、破砕、搬送工程で設備上の問題は発生せず、また所定の粒度に破砕するための破砕動力も石炭のみを破砕した場合と同程度であって、破砕は容易であり、減容処理物添加配合炭は、従来の設備でハンドリング可能であった。
また、生成したコークスのJISDI(150/15)強度指数は83.9であり、この時の乾留ガス発生量(装入物1トン当たり)は318Nm3であった。
容器包装サイクル法に基づき収集された廃プラスチックを、2次整粒まで処理した処理物に対し、310℃,60分の熱処理を行って完全に溶融させ、撹拌後、冷却したのち、破砕工程において配合炭とほぼ等しい粒径に調整した、減容処理物を得た。この処理物を、配合炭に3%添加し、石炭と共に3mm以下の重量比率:78%の粒度に粉砕したのち、コークス炉に装入して18.5時間の乾留を行い、窯出し後、乾式消火してコークスを得た。
この時、破砕、搬送工程で設備上の問題は発生せず、また所定の粒度に破砕するための破砕動力も石炭のみを破砕した場合と同程度あって、破砕は容易であり、減容処理物添加配合炭は、従来の設備でハンドリング可能であった。
また、生成したコークスのJISDI(150/15)強度指数は84.2であり、この時の乾留ガス発生量(装入物1トン当たり)は318Nm3であった。
廃プラスチックの添加を行わずに、原料炭のみを用いたことを除いては参考例2と同じ方法でコークスを製造した。
この時、生成したコークスのJISDI(150/15)強度指数は83.8であった。また、乾留ガス発生量(装入物1トンあたり)は、308Nm3であった。
廃プラスチックの減容化処理を行わずに、2次整粒処理物を直接用い、所定の粒度に粉砕後の配合炭に添加たことを除いては参考例2と同じ方法でコークスを製造した。
この時、生成したコークスのJISDI(150/15)強度指数は83.9であった。また、乾留ガス発生量(装入物1トンあたり)は、319Nm3であった。但し、強度測定値のばらつきは1.8であり、通常のばらつき1.2に比較して大きかった。
廃プラスチックの減容処理に当たり、廃プラスチックと同重量の軟ピッチを加えた後に熱処理を行ったことを除いては、参考例2と同じ方法によりコークスを製造した。
この時、生成したコークスのJISDI(150/15)強度指数は85.0であった。
この結果は、比較例1,2に比較して格段に強度の高いコークスが得られたことを示しており、溶媒を用いた減容処理の効果が認められる。
廃プラスチックの減容処理に当たり、減容処理後に減圧蒸留によって溶媒の一部を分離回収したことを除いては、参考例3と同じ方法によりコークスを製造した。
この時、生成したコークスのJISDI(150/15)強度指数は84.9であった。
この例より、溶媒の一部を除いた減容処理物であってもコークス強度を向上させる効果があることが分かる。
廃プラスチックの減容処理に当たり、炭素含有物質として、廃プラスチックの重量の1/5の重量の石炭(揮発分:25%)を共存させたことを除いては、参考例3と同じ方法によりコークスを製造した。
この時、生成したコークスのJISDI(150/15)強度指数は85.4であった。
この例より、減容処理を行う際に炭素含有物質を共存させることによって、さらにコークス強度向上効果が高まることが分かる。
参考例4において回収された溶媒を、減容処理物の代わりに添加することを除いては、参考例4と同じ方法によりコークスを製造した。すなわち、減容処理物から回収した溶媒のみを添加した例である。
この時、生成したコークスのJISDI(150/15)強度指数は84.8であった。
参考例4において回収された溶媒と、参考例2の減容処理物を同量混合した混合物を減容処理物として用いることを除いては、参考例2と同じ方法によりコークスを製造した。
この時、生成したコークスのJISDI(150/15)強度指数は84.5であった。
減容処理工程において用いる溶媒として、タール蒸留工程の常圧蒸留塔へのフィード油を用い、参考例3と同じ方法で減容処理を行った際に回収される液状成分を添加することを除いては、参考例5と同じ方法でコークスを製造した。
この時、生成したコークスのJISDI(150/15)強度指数は84.4であった。
以上、参考例5〜7より、減容処理の際に回収される溶媒もしくは液状物質もコークス強度向上効果を有することが確認された。
2 解砕(解袋)工程
3 1次整粒工程
4 選別工程
5 2次整粒工程
6 混合・溶解工程
7 冷却工程
8 破砕工程
9 貯蔵ホッパ9
10 配合槽
11 破砕工程
12 貯炭槽
13 装炭車
14 コークス炉
15 石炭
Claims (4)
- 廃プラスチックを石炭に混合してコークスを製造するに際し、該廃プラスチックに対し、減容処埋を施したのち、破砕し、ついで破砕した廃プラスチックを石炭に混合した後、コークス炉に装入して乾留を行うコークスの製造方法において、該廃プラスチックの減容処理が、該廃プラスチックに250〜350℃の熱を加えて溶融・撹拌したのち冷却すると共に、炭素含有物質を加えて行う減容処理であることを特徴とする廃プラスチックを用いたコークスの製造方法。
- 請求項1記載のコークスの製造方法における廃プラスチックの減容処理が、溶媒を用いて、該廃プラスチックを溶融・撹拌する減容処理であることを特徴とする廃プラスチックを用いたコークスの製造方法。
- 請求項1または2記載のコークスの製造方法における廃プラスチックの減容処理が、溶媒を用いると共に、用いた溶媒を減容処理後に回収する減容処理であることを特徴とする廃プラスチックを用いたコークスの製造方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のコークスの製造方法における廃プラスチックの減容処理において、減容処理物から分離される液状または固体状物質を、回収するか、あるいは単独または該減容処理物と共に石炭に混合してコークス炉に装入することを特徴とする廃プラスチックを用いたコークスの製造方法。
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