JP2002105469A

JP2002105469A - 固形燃料とその製造方法

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Publication number: JP2002105469A
Application number: JP2000300793A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Ichise; 雅史市瀬; Teruyuki Suzuki; 輝之鈴木; Kotaro Tsunoda; 浩太郎角田
Original assignee: Tokan Kogyo Co Ltd; Nichiei Shikosha KK
Current assignee: Tokan Kogyo Co Ltd; Nichiei Shikosha KK
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】紙を主とする容器の廃材や使用済みの回収され
た容器、あるいは段ボール箱等を打抜く際に発生する段
ボール才落の有効再利用を図る。【解決手段】紙を主とする容器の廃材や段ボール才落を
粉砕した後に減容固形機内に投入し、この減容固形機に
よって圧縮固化させて固形燃料を得るようにし、さらに
このような固形燃料を炭化炉で炭化させることによって
炭を得るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固形燃料とその製造
方法に係り、とくに紙を主とする廃材から成る固形燃料
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平５−２９５３７６号公報に
は、有機廃棄物の脱水物に、化学反応により酸素を発生
する１種または２種以上の酸素生剤を混入するようにし
た有機廃棄物機能材が提案されている。このような有機
廃棄物機能材は、着火すると酸素が発生し燃焼が容易と
なり、また土壌中に保存したり飼料中に混入したりする
と、酸素を徐々に放出して分解し、発酵を起し易い。従
って木材や炭と同様の燃料として利用できる他、肥料、
飼料等の各種の用途に利用することができ、有機廃棄物
を公害を出すことなく処理して有効利用することができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような技術を例え
ば紙を主とする廃材に適用することによって、紙を主と
する廃材を燃料とすることができ、これによってリサイ
クルが可能になる。ところが上記の方法は、酸素発生剤
を有機廃棄物の脱水物に混合添加する必要があり、酸素
発生剤によってコストが増大する欠点がある。

【０００４】現実にも紙を主とする廃材、例えば使捨て
式の紙製容器の廃材や段ボール箱等を打抜く際に発生す
る段ボール才落は、可燃性ゴミとしてそのまま焼却廃棄
される傾向にあり、必ずしも有効利用されてはいない。

【０００５】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、特別の薬剤を添加することなくしかも
紙を主とする廃材をリサイクルするようにした固形燃料
とその製造方法とを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願の主要な発明は、紙
を主とする廃材から成る固形燃料において、紙を主とす
る容器の廃材を固化するようにした固形燃料に関するも
のである。

【０００７】本願の別の主要な発明は、紙を主とする廃
材から成る固形燃料において、段ボール箱等を打抜く際
に発生する段ボール才落を固化するようにした固形燃料
に関するものである。

【０００８】製造方法に関する主要な発明は、紙を主と
する廃材から固形燃料を製造する固形燃料の製造方法に
おいて、紙を主とする容器の廃材または段ボール箱等を
打抜く際に発生する段ボール才落を減容固形機で固化し
て固形燃料を製造することを特徴とする固形燃料の製造
方法に関するものである。

【０００９】ここで廃材中に含まれる樹脂が粘結剤とし
て機能しこれによって結合固化させるか、廃材に対して
水を５〜３０重量％混合し、水によって結合固化させる
ことが好ましい。また固化した固形燃料を低酸素雰囲気
下で燃焼させ、その後空気を遮断して無酸素状態で冷却
することにより炭化させるようにしてもよい。このよう
な方法によって、炭化された固形燃料が得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本実施の形態の固形燃料およびそ
の製造方法は、紙製簡易容器製造工程中で排出される廃
材すなわち打抜き才落や使用後に回収された紙製簡易容
器、段ボールを打抜いて段ボール箱を組立てる際に発生
する段ボールの才落等を再利用し、燃料として利用する
ことを可能にするものであって、上記の廃材を固形化
し、さらに付加価値を付けるべく炭化を行なうようにし
た固形燃料とその製造方法に関する。

【００１１】ここで上記のような紙を主とする廃材の再
利用については、大量処理を前提とするとともに、炭と
して利用する場合の高速固形化をも併せて可能にしよう
とするものである。

【００１２】本実施の形態において製造される原料は、
例えばカップ状をなす紙製簡易容器を製造する際におけ
る廃材、すなわち紙コップの才落であって、ラミネート
フィルムが接合された２２０ｇ／ｍ2 の原紙の才落と、
缶ビールを充填するための紙容器を組立てる段ボールの
打抜きの際の才落である。

【００１３】これらの紙を主とする廃材の集合体は、図
１に示すプロセスによって連続固形化が行なわれる。こ
れらの廃材の集合体は、１ｍ×１ｍ×２ｍの立方体状の
キューブとして供給される。なお上記のような立方体状
の形状を維持するために、廃材は金属製のワイヤによっ
て締結されている。

【００１４】このような廃材のキューブは破袋機によっ
て破袋開封される。なおこのときに締結ワイヤを含む金
属その他の異物を分別するための分別工程が挿入されて
よい。そして破袋分別の後に粉砕機にかけられて粉砕さ
れ、廃材はより細かな状態になる。

【００１５】粉砕機によって粉砕された細かい廃材は、
定量供給機によって減容固形機内に定量供給される。こ
のような定量供給機を用いる理由は、減容固形機に対す
る投入量を調整することによって、この減容固形機が安
定的に固化の作用を行なうようにするためである。この
ような減容固形機によって細かく粉砕された廃材が圧縮
固化されて固形燃料が得られ、このような固形燃料はそ
のまま燃料として用いることができる。

【００１６】また減容固形機から出た固形燃料は必要に
応じて炭化炉に導かれ、低酸素雰囲気下において炭化が
行なわれ、炭が生産される。

【００１７】とくに図１に示す工程において固形燃料を
製造する減容固形機の構造について図２〜図４により説
明する。図２および図３において左端側の部分がこの減
容固形機の駆動部１０を構成しており、駆動部１０内に
は一対の回転軸１１、１２が互いに平行に配されてい
る。これらの回転軸１１、１２はそれぞれ駆動部１０の
軸受１３、１４によって回転可能に支持されるととも
に、回転軸１１、１２に取付けられた歯車１５、１６は
互いに噛合っている。従って回転軸１１を駆動すると、
この回転が歯車１５、１６を介してもう一方の回転軸１
２に伝達されるようになっている。

【００１８】上記回転軸１１、１２の先端側はケーシン
グ２０内に挿入されている。ケーシング２０は第１ブロ
ック２１と、第２ブロック２２と、第３ブロック２３と
から構成されている。一方の回転軸１１は第１ブロック
２１、第２ブロック２２、および第３ブロック２３を貫
通して挿入されるのに対し、他方の回転軸１２は第１ブ
ロック２１内に配されている。

【００１９】回転軸１１の外周面上には螺旋体２７が取
付けられている。また回転軸１２の外周面上には螺旋体
２８、２９が取付けられている。また回転軸１１の先端
側には圧搾体３０が設けられ、さらにその先端側に螺旋
体３４が設けられている。またこれらの螺旋体２７〜２
９を有する回転軸１１、１２を覆うように、ケーシング
２０の内周面には図４に示すようにライナ３１が取付け
られており、このライナ３１によって螺旋体２７〜２９
の外周側に微小な空間を形成するようにしている。

【００２０】ケーシング２０の第３ブロック２３の終端
側にはエンドプレート３２が取付けられており、このエ
ンドプレート３２の貫通孔３３を通して減容固化された
固形燃料が排出されるようになっている。

【００２１】このような減容固形機は、回転軸１１、１
２に設けられた螺旋体２７〜２９が上方から下方に噛込
むように互いに逆方向に回転駆動され、しかも長い回転
軸１１に設けられた圧搾体３０とこの回転軸１１の先端
部に設けられた逆向きの螺旋体３４とが図３において半
時計方向ａに回転駆動された状態で、減容固化を行な
う。

【００２２】紙を主とする廃材はケーシング２０の上部
に設けられている投入口２４（図３参照）から投入さ
れ、ケーシング２０のライナ３１内において廃材は比較
的長い螺旋体２７、２８によって強制的に送られ、ライ
ナ３１の内周面との間で軸間の最小空間部で破砕されて
混練されるとともに圧縮され、摩擦によって温度を上昇
させて圧搾体３０の方へ搬送される。

【００２３】この過程で非処理廃材は、小片に破砕され
ながら同時に圧縮されかつ混練され、温度上昇を伴いな
がら回転軸１１、１２の先端側へ搬送される。そして回
転軸１２の先端部の逆方向の転送用螺旋体２９によって
この螺旋体２９に対して下流側に隣接されて配されてい
る圧搾体３０側へ強制的に送られる。すると圧搾体３０
はライナ３１との間の小さい隙間へ廃材を強く圧入す
る。

【００２４】このときの圧縮と摩擦とによって廃材が発
熱しながら圧縮され、中間処理物はケーシング２０の第
２ブロック２２の後部で大気圧レベルまで圧力開放され
る。これは第２ブロック２２に排気手段が設けられ、外
部と連通されるようになっているからである。また急激
に膨張されるとともに第２ブロック２２に設けられてい
る排気管から水蒸気となって水分が逐次排出される。ま
た塩化ビニール等の高分子物質を含む廃棄物を処理する
場合には、温度が１８０℃近くまで上昇しすぎると、有
害ガスが発生したりあるいはドロドロになって供給が不
可になるために、温度センサによって自動注水管によっ
て注水し、温度の過度の上昇を抑制して安全運転を維持
するようにしている。

【００２５】図４に示す螺旋体２７、２８とライナ３１
との間の狭い隙間に圧入された廃材は相互に対向した圧
縮体側の斜め状の溝とライナ３１側壁との間の挽臼作用
によってとくに粒状物がより細かく破砕される。圧搾体
３０をすぎて水分を蒸発させた段階で、中間処理物はか
なり細かく破砕されかつ適度に脱水されて溶融状態でケ
ーシング２０の第３ブロック２３に至り、混練されなが
らエンドプレート３２の貫通孔３３から強制的に固形物
として押出される。

【００２６】なおここで用いている減容固形機は、その
処理能力が７００〜１０００ｋｇ／時間であって、エン
ドプレート３２の貫通孔３３からは、直径が２５ｍｍで
あって長さが約５０ｍｍの固形物が連続的または断続的
に排出されて廃材の減容固形化が行なわれる。

【００２７】このような減容固形機に投入される紙を主
とする廃材中に樹脂分が含有されている場合には、この
ような樹脂分が減容固形機内で摩擦熱によって溶融し、
これによって樹脂分が粘結剤として機能する。従って精
製される固形物の結合状態が良好になる。これに対して
樹脂分が少ない場合やほとんど含まれていない場合に
は、そのままでは固形化せず、貫通孔３３から成る押出
し口からボロボロと練られた段ボールが出てくるだけで
ある。そこでこの減容固形機のベンド部から水分を連続
的に供給することによって、固形化を達成することが好
ましい。ここで添加される水分は紙製の廃材に対して５
〜３０重量％の範囲内が好ましく、とくに８〜１５重量
％の範囲内の水分を添加することが好ましい。

【００２８】次に上記のような減容固形機によって固化
された固形燃料を炭化するための炭化炉について図５〜
図７により説明する。この炭化炉はほぼ直方体状をなす
炉本体４０を備えている。炉本体４０は例えば耐火レン
ガ等の耐火物から成る筐体であって、その前面側の下方
に灯油バーナ４１が設けられており、灯油バーナ４１に
は燃料タンク４２が接続されている。また炉本体４０の
側面には排気筒４３が取付けられている。排気筒４３に
はストラップ４４が取付けられている。そしてストラッ
プ４４を受ける排水受４５が炉本体４０の側面に設けら
れている。また排気筒４３の上端側には排ガス燃焼筒４
６が取付けられている。これに対して炉本体４０の反対
側の側面には制御盤４７が取付けられるようになってい
る。

【００２９】上記炉本体４０の後側の部分には扉５１が
ヒンジ５２によって回動可能に取付けられている。この
ような扉５０は入口５３を開閉可能に覆うものである。
そして上記扉５１が取付けられている入口５３の部分か
ら後方に延びるようにレール５４が設けられており、こ
のようなレール５４によってキャリッジ５５が移動自在
に支持されている。キャリッジ５５はリフタ５６を備
え、このリフタ５６によってケージ５７を昇降可能に支
持するようになっている。

【００３０】次にこのような炭化炉で固形燃料を炭化す
る動作について説明する。ヒンジ５２によって扉５１を
回動させ、入口５３を開く。そして予め固形燃料が充填
されたケージ５７をリフタ５６によって所定の高さに持
上げるとともに、キャリッジ５５を静かに前方に移動さ
せ、これによって図７に示すようにケージ５７を炉本体
４０の内側の空間内に挿入する。そしてこの後にリフタ
５６からケージ５７を取外すとともに、炉本体４０の入
口５３を扉５１によって閉塞する。

【００３１】このような状態において燃料タンク４２か
ら灯油を灯油バーナ４１に供給し、灯油バーナ４１によ
って炉本体４０の内部を低酸素下で燃焼させる。そして
この後に完全に空気を遮断して燃焼を停止させ、常温に
下がるまでそのまま無酸素状態において放置する。なお
途中で酸素が入ったり、温度が下がる前に取出すと、す
ぐに自燃を再開し、燃尽きてしまう可能性がある。また
爆発的に燃え出す可能性もあるので細心の注意を必要と
する。

【００３２】一例としてケージ５７内に１０ｋｇの固形
燃料を充填し、炉本体１０内において灯油バーナ４１で
約３時間の強制燃焼を行なった。なおこのときの排ガス
温度は２３０℃であった。そしてこの後に約２時間自燃
させた。このときの炉床部の温度は７００〜８００℃に
達した。そしてこの後約２４時間放冷して常温になった
段階で炉本体４０を開いた。

【００３３】投入される紙を主とする廃材の種類と収率
との関係について調査したところ、紙コップの才落を用
いた固形化物の場合には、収率が１３．５％であった。
これに対して段ボールの打抜きかすから成る才落を用い
た場合には収率が１６．２％であった。

【００３４】なお図５〜図７に示す炭化炉で出来た炭化
物の外観は、紙コップ才落炭化物がふわふわしており、
脆い外観を呈していた。段ボール炭化物はこれに比べれ
ば硬いが、硬さが足りないように感じられた。この原因
は紙コップ才落炭化物について、樹脂分が炭化によりガ
ス化して空洞が多数できたためと考えられる。段ボール
才落炭化物の場合には、固形燃料の密度を高めれば硬い
ものができると考えられる。ただし密度を上げることに
よって炭化時間の延長や出来上った炭の火付きの悪さ等
が懸念される。

【００３５】上述の如くこの炭化炉における最終工程、
すなわち放冷工程における冷却にかなりの時間を要して
いる。このように冷却に時間がかかるのは、炉の断熱性
能が良好であって、密閉型での自然冷却であることによ
る。より速く炭を取出すには、自燃終了後強制的に窒素
ガスを還流させ、鎮火および冷却を行なうことが好まし
い。従って炭化炉の生産性を上げるためには窒素ガスの
還流装置を有するものを利用することが好ましい。

【００３６】次に上記のような炭化炉によって炭化した
固形燃料について、燃焼実験を行なうとともに、燃焼ガ
スの分析を行なったところ、表１に示す結果が得られ
た。

【００３７】表１の結果から明らかなように、紙コップ
才落および段ボール才落を用いた固形燃料の炭化物は何
れも有害ガスを発生しないことが確認された。発熱量は
固形化したままでは約４０００ｃａｌ／ｇであるが、炭
化によって市販の備長炭とあまり変らない約７０００ｃ
ａｌ／ｇになった。この結果から、発熱量的には市販の
炭とほぼ同等の発熱量が得られることが判明した。

【００３８】

【表１】次に上記のような炭について燃焼時間を調べてみた。燃
焼時間は、三脚の上に金網を置き、その上にサンプルの
炭２．５ｇを載せてガスバーナで３分間加熱した。そし
てその後バーナを止め、ドライヤで送風しながら自燃さ
せ、燃え尽きるまでの時間を測定した。

【００３９】紙コップ才落および段ボール才落の炭化物
は、市販の木炭よりも少し長く燃え続けるものの、市販
木炭は灰が表面に残らないが、才落炭化物は灰が表面に
残る結果になった。このように灰が残るために火のまわ
りが遅くなって、木炭よりも燃え尽きるのに時間がかか
ったものと推定される。

【００４０】

【表２】次に着火時間について測定した。着火時間は、三脚の上
に金網を置き、その上に炭のサンプル２．５ｇを載せて
ガスバーナで加熱し、加熱を止めてドライヤで送風して
自燃すれば、そのバーナでの加熱時間を着火時間として
測定した。

【００４１】着火時間については表３に示すように、段
ボール才落炭化物が最も長かった。なお着火時間と炭の
密度との間には大きな相関関係が存在しないことが判明
した。

【００４２】

【表３】以上の結果を総括すると、減容固形機のような連続固形
化装置によって紙を主とする廃材を圧縮固形化して固形
燃料とすることが可能であることが判明した。なお樹脂
分がない廃材については、バインダとして水分を適当量
添加することが必要である。またこのような固形燃料を
炭化する場合には、通常の炭化炉によって炭化すること
が可能である。ただし才落が多くの樹脂分を含む場合に
は、得られる炭が脆くなる傾向にある。なお炭化による
収率は約１５％である。

【００４３】炭化炉によって炭化した炭の発熱量は備長
炭並であって、、燃焼時の発生ガスは市販の炭を燃やし
たときに発生するガスと同じでしかもその組成にはとく
に問題がない。着火時間は紙コップ等の紙容器の才落物
は木炭並であって、段ボール才落は火付きが悪く木炭の
約２倍の時間がかかった。燃焼時間は、紙を主とする廃
材の炭化物の方が市販の木炭よりもゆっくり燃える傾向
にある。

【００４４】

【発明の効果】固形燃料に関する発明は、紙を主とする
廃材から成る固形燃料において、紙を主とする容器の廃
材または段ボール箱等を打抜く際に発生する段ボールの
才落を固化するようにしたものである。

【００４５】従って紙を主とする容器の廃材や段ボール
箱等を打抜く際に発生する才落を固化することによって
固形燃料が提供される。従って容器の廃材や段ボールの
才落の再利用が可能になり、資源の有効利用につなが
る。

【００４６】製造方法に関する主要な発明は、紙を主と
する廃材から固形燃料を製造する固形燃料の製造方法に
おいて、紙を主とする容器の廃材または段ボール箱等を
打抜く際に発生する段ボール才落を減容固形機で固化し
て固形燃料を製造する製造方法に関するものである。

【００４７】従ってこのような製造方法によれば、紙を
主とする容器の廃材または段ボール箱等を打抜く際に発
生する段ボール才落を減容固形機で減容固化することに
よって固形燃料の製造が可能になる。またこのように固
化した固形燃料を低酸素雰囲気下で燃焼させ、この後空
気を遮断して無酸素状態で冷却することにより、炭化さ
せることが可能であって、これによって固形燃料から炭
を製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】固形燃料の製造プロセスを示すブロック図であ
る。

【図２】減容固形機の一部を破断した側面図である。

【図３】減容固形機の内部構造を示す横断面図である。

【図４】減容固形機の内部構造を示す縦断面図である。

【図５】炭化炉の平面図である。

【図６】同炭化炉の側面図である。

【図７】ケージを挿入した状態の炭化炉の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１０駆動部１１、１２回転軸１３、１４軸受１５、１６歯車２０ケーシング２１第１ブロック２２第２ブロック２３第３ブロック２４投入口２７〜２９螺旋体３０圧搾体３１ライナ３２エンドプレート３３貫通孔３４螺旋体４０炉本体４１灯油バーナ４２燃料タンク４３排気筒４４ストラップ４５排水受４６排ガス燃焼筒４７制御盤５１扉５２ヒンジ５３入口５４レール５５キャリッジ５６リフタ５７ケージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木輝之東京都千代田区内幸町１丁目３番１号東罐興業株式会社内 (72)発明者角田浩太郎東京都千代田区内幸町１丁目３番１号東罐興業株式会社内Ｆターム(参考） 4D004 AA12 BA03 CA04 CA22 CA26 CA32 CA45 CB13 CB16 CB34 CC03 DA03 DA09 4H012 JA00 4H015 AA01 AA12 AA17 AA27 AB01 AB03 BA12 BB03 BB05 CB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紙を主とする廃材から成る固形燃料におい
て、紙を主とする容器の廃材を固化するようにした固形燃
料。
【請求項２】紙を主とする廃材から成る固形燃料におい
て、段ボール箱等を打抜く際に発生する段ボール才落を固化
するようにした固形燃料。
【請求項３】紙を主とする廃材から固形燃料を製造する
固形燃料の製造方法において、紙を主とする容器の廃材または段ボール箱等を打抜く際
に発生する段ボール才落を減容固形機で固化して固形燃
料を製造することを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項４】廃材中に含まれる樹脂が粘結剤として機能
す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。
【請求項５】廃材に対して水を５〜３０重量％混入し、
水によって結合固化させ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。
【請求項６】固化した固形燃料を低酸素雰囲気下で燃焼
させ、その後空気を遮断して無酸素状態で冷却すること
により炭化させることを特徴とする請求項３〜請求項５
の何れかに記載の固形燃料の製造方法。