JP2005187940A - 廃木材の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 チップ状に加工した廃木材の燃焼性および気送性を高め、高炉に装入して処理する、廃木材の処理方法を提供する。
【解決手段】廃木材を０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、（粒状の）廃プラスチックを１０／９０〜９０／１０の範囲内の混合比（廃木材／廃プラスチックの重量比）で混合することにより、燃焼カロリーおよび／または比表面積によって表される燃焼性、ならびに、気送性を高め、高炉に装入する廃木材の処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設現場で発生する木材等の廃木材を送風羽口を介して高炉に装入して、処理する方法に関する。

建設現場等において発生する大量の廃木材は、通常、その一部は燃料用材、製紙用材、または、動物等の飼料として再使用され、大部分は埋め立て地等に投棄されているのが現状である。廃木材には防腐剤として微量の銅、砒素、クロム等の金属が含まれており、焼却処理した場合には、大気中または焼却灰中に上述した微量の銅、砒素、クロム等の金属が放出され、環境対策上好ましくない。更に、埋め立て地等に投棄される場合においても、上述した微量の銅、砒素、クロム等の金属が滲出し、環境対策上好ましくなく、その大量処理方法の開発が切望されている。

このような背景の下、廃木材等を高炉等において処理する方法が試みられている。即ち、廃木材をチップ状に加工し、送風羽口または炉頂から装入して、廃木材を大量に処理しようとする方法である。これらの方法は、チップ状に加工した廃木材を羽口等から高炉内に燃料として吹き込むものである。

高炉では、通常、炉頂からコークスを銑鉄１トン当り約５００ｋｇ装入し、炉下部の羽口から約１２００℃の酸素富化空気を吹き込み、羽口先に降下したコークスを燃焼させ、高温の還元ガスを発生させ銑鉄を製造する。このコークスを製造するためには、原料炭を必要とするが、原料炭は産地が限定されており、また燃料用石炭よりも高価である。従って、高炉操業において、高価なコークスの節約のために、代替燃料として、羽口より各種燃料の吹き込みが行われている。この燃料としては天然ガス、ナフサ等の気体燃料、重油、タール等の液体燃料および微粉炭等の固体燃料が知られている。気体燃料は高価であるため経済的でない。液体燃料は羽口からの吹き込み後の広がりが狭く、燃焼性の面で問題となり、吹き込み量が制約される。

一方微粉炭の供給方法としては、これを一旦重油等の液体燃料と混合しスラリー状にしたものを吹き込むか、あるいは微粉炭をそのまま気体輸送し羽口から吹き込む方法がとられている。スラリー状にしたものを吹き込む方法は、スラリーの安定性に問題があり、近年では上述した微粉炭を気体輸送し高炉羽口から炉内に吹き込む方法が主流となっている。

従って、上述したように、チップ状に加工した廃木材が羽口等から高炉内に燃料として吹き込まれる。しかしながら、チップ状に加工した廃木材を高炉等の吹込み燃料として使用する場合、次のような解決すべき問題点があることが明らかとなった。チップ状に加工した廃木材は、燃焼カロリーが低く、高炉内の燃焼温度に影響を及ぼし、高炉操業に悪影響を及ぼす。更に、チップ状に加工した廃木材は搬送性や流動性が悪く、燃料として用いる際の取り扱いに問題があることが判明した。

従って、このような問題を解決しない限り、チップ状に加工した廃木材を高炉等の吹込み燃料として使用することは事実上不可能であり、廃棄物たる廃木材の大量処理と有効利用という利点が低減する。

また、高炉に燃料としてチップ状に加工した廃木材を吹き込むためには、還元性等を確保する必要がある。更に、チップ状に加工した廃木材は不規則で角ばった形状をしているため、高炉に気送する際の流動性、搬送性が悪く、サイロの切出部や気送管系の途中で詰まりを生じ易いという問題もあることが判明した。

上述したように、従来の方法によると、チップ状に加工した廃木材は、燃焼カロリーが低く、高炉内の燃焼温度に変化をもたらし、高炉操業に悪影響を及ぼす。更に、チップ状に加工した廃木材は搬送性や流動性が悪く、燃料として用いる際の取り扱いに問題がある。

従って、この発明の目的は、従来の問題点を解決して、廃木材の燃焼性および気送性を高め、高炉に装入して処理する、廃木材の処理方法を提供することにある。

本発明者は、上述した従来技術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、廃木材の燃焼カロリーを高めるか、または、比表面積を大きくすることによって燃焼性を高めることができ、併せて気送性を高めることによって、高炉に装入した際に、補助燃料として、廃木材を大量に処理することができることが判明した。即ち、例えば、廃木材を所定の粉砕粒度に粉砕し、粒状の廃プラスチックを混合することによって、燃焼カロリーを高めると共に、気送性が向上することを知見した。

更に、炉のレースウエイ内において燃焼性を向上させるためには、粒状の廃木材、および、混合する粒状の廃プラスチックの粒の強度または粒径の何れか一方を制御するだけでは、レースウエイ内に到達することができなかったり、レースウエイに到達することができても、熱風中を飛翔中に分裂・崩壊して、燃焼性が低下することが判明した。即ち、強度および粒径の両方を、強度に関しては、炉吹き込みに際して、炉のレースウエイ内の所定領域に到達可能な強度に制御し、そして、粒径に関しては、限界速度以上の速度が可能な粒径に制御することによって、粒状の廃木材のレースウエイ内における燃焼性を向上させることができることを知見した。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、この発明の廃木材の処理方法の第１の態様は、廃木材を０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、廃プラスチックを１０／９０〜９０／１０の範囲内の混合比（廃木材／廃プラスチックの重量比）で混合して、高炉に装入する廃木材の処理方法である。

この発明の廃木材の処理方法の第２の態様は、前記廃プラスチックが粒状である廃木材の処理方法である。

この発明の廃木材の処理方法の第３の態様は、廃木材を０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、間接加熱方式によって８００℃以上の温度で炭化し、更に、粒状の廃プラスチックを１０／９０〜９０／１０の範囲内の混合比（廃木材／廃プラスチックの重量比）で混合して、高炉に装入する廃木材の処理方法である。

この発明の廃木材の処理方法の第４の態様は、前記のように混合した前記廃木材および前記廃プラスチックをすりつぶし、および、押し出し工程を含む造粒機によって、表面が溶融固化した粒状体を形成する廃木材の処理方法である。

上述したように、この発明によると、廃木材の燃焼性および気送性を高め、高炉に装入して処理する、廃木材の処理方法を提供することができる。即ち、高炉等の吹込み燃料として供給することができ、高炉等において炉の操業に支障を来すこと無く、廃棄物たる廃木材の大量処理と有効利用をはかることができる。また、高炉等のレースウエイ内における燃焼率を向上させることができるので、高炉等の燃料コストを低減させることができる
。

本発明の廃木材の処理方法の１つの態様を詳細に説明する。
この発明の廃木材の処理方法は、廃木材を処理して、燃焼カロリーおよび／または比表面積によって表される燃焼性、ならびに、気送性を高め、高炉に装入する廃木材の処理方法である。廃木材の燃焼性は、図１に示すように、燃焼カロリーおよび／または比表面積によってきまる。従って、燃焼カロリーを高めるための廃木材の処理を行うとよい。更に、比表面積を高める、即ち、例えば、多孔質（ポーラス）状の形状になるように廃木材を処理するとよい。

この発明の廃木材の処理方法において、上述した廃木材の燃焼性、ならびに、気送性を高めるための処理が、廃木材を０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、粒状の廃プラスチックを１０／９０〜９０／１０の範囲内の混合比（廃木材／廃プラスチック材の重量比）で混合することからなっていてもよい。なお、木材のアスペクト比は一般的に高いので、粉砕粒度は、所定の範囲内のアスペクト比のものを対象とする。
廃木材の粉砕粒度の大きさが０．５ｍｍ未満では、レースウエイ内に到達することができなかったり、レースウエイに到達することができても、熱風中を飛翔中に分裂・崩壊して、燃焼性が低下する。一方、廃木材の粉砕粒度の大きさが１０ｍｍを超えると、気流輸送時の固気比（粒子と気送用空気の混合比）が低下するため、炉内温度の低下を招き高炉操業が不安定になる。

粒状の廃プラスチックを混合することによって、廃木材の燃焼カロリーを高くするとともに、気送性を高めることができる。混合比（廃木材／廃プラスチック材の重量比）が１０／９０未満では、高炉操業に問題はないが、廃木材の処理量が少なくなる。一方、混合比（廃木材／廃プラスチック材の重量比）が９０／１０を超えると、燃焼カロリーが不十分であり、また気送性の改善も効果が低い。

この発明の廃木材の処理方法において、上述した廃木材の燃焼性、ならびに、気送性を高めるための処理が、廃木材を平均粒度１０〜１００μｍの大きさに粉砕することからなっていてもよい。廃木材を平均粒度１０〜１００μｍの大きさに粉砕することによって、廃木材の比表面積を高めることができるので、燃焼性を高めることが出きる。また、粉砕粒度をこの範囲の大きさにすることによって、アスペクト比が小さくなるので、気送性も高めることができる。

この発明の廃木材の処理方法において、上述した廃木材の燃焼性、ならびに、気送性を高めるための処理が、廃木材を０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、間接加熱方式によって８００℃以上の温度で炭化することからなっていてもよい。即ち、粉砕粒度の大きさを０．５〜１０ｍｍに制御し、８００℃以上の高い温度で、酸素を遮断して、加熱して炭化する。粉砕粒度の大きさが０．５ｍｍ未満では、８００℃以上の高い温度で、酸素を遮断して、加熱して炭化しても、粒度が小さく、上述したように、レースウエイ内に到達することができなかったり、レースウエイに到達することができても、熱風中を飛翔中に分裂・崩壊して、燃焼性が低下する。一方、廃木材の粉砕粒度の大きさが１０ｍｍを超えると、８００℃以上の高い温度で、酸素を遮断して、加熱して炭化しても、気流輸送時の固気比（粒子と気送用空気の混合比）が低下するため、炉内温度の低下を招き高炉操業が不安定になる。

この発明の廃木材の処理方法において、上述した廃木材の燃焼性、ならびに、気送性を高めるための処理が、廃木材を１０μｍ〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、タール系油、石油系油、廃油、廃食油、廃潤滑油の少なくとも１つからなる油を１０／９０〜９０／１０の範囲内の混合比（廃木材／油の重量比）で混合することからなっていてもよい。

即ち、廃木材の粒度の大きさを上述した範囲内に制御して、油を混合する。油を混合することによって、燃焼カロリーを高めることができる。廃木材を１０μｍ〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕する理由は、上述したと同様である。油を１０／９０〜９０／１０の範囲内の混合比（廃木材／油の重量比）で混合する理由は、混合比（廃木材／油の重量比）が１０／９０では、高炉操業に問題はないが、廃木材の処理量が少なくなる。一方、混合比（廃木材／油の重量比）が９０／１０を超えると、燃焼カロリーが低く、炉内温度の低下を招く。また、気送性の改善効果も低い。

更に、この発明の廃木材の処理方法において、上述した廃木材の燃焼性、ならびに、気送性を高めるための処理が、廃木材を０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、５００〜１２００℃の間の温度に、昇温速度１０００℃／秒以上で１〜１０秒間滞留させて、前記廃木材を急速熱分解させることからなっていてもよい。
５００〜１２００℃の間の温度に、昇温速度１０００℃以上で１〜１０秒間滞留させる理由は、急速に昇温することにより、内在する揮発成分が瞬時に揮散し、粒子が発泡して新たな気孔が形成され、比表面積が増大するからである。
更に、上述したように、廃木材を平均粒度１０〜１００μｍの大きさに粉砕した処理に引き続き、更に、間接加熱方式によって８００℃以上の温度で炭化してもよい。

更に、廃木材を０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、間接加熱方式によって８００℃以上の温度で炭化する処理に引き続き、更に、粒状の廃プラスチックを１０／９０〜９０／１０の範囲内の混合比（廃木材／廃プラスチック材の重量比）で混合してもよい。
更に、廃木材を平均粒度１０〜１００μｍの大きさに粉砕する処理に引き続き、更に、粒状の廃プラスチックを１０／９０〜９０／１０の範囲内の混合比（廃木材／廃プラスチック材の重量比）で混合してもよい。

この発明の廃木材の処理方法によると、歩留まりよく粒子をレースウエイ内に投入することができ、レースウエイ内における粒子の平均的な滞留時間を長くして燃焼率を向上させることができる。更に、ランスから吹き込まれた直後の熱風によって急速に加熱されて、粒が分裂、崩壊等によって細粒化が生じ、ガス流れに同伴してレースウエイ外に飛び出す細粒の割合が増加して、燃焼率が低下することを防止することができる。

更に、この発明の廃木材の処理方法において、上述した廃木材および廃プラスチックを混合し、このように混合した廃木材および廃プラスチックをすりつぶし、および、押出し工程を含む造粒機によって、表面が溶融固化した粒状体を形成してもよい。この処理によると、発熱量、比表面積が低く、高炉内における高温ガス化性能が悪く、更に、粉砕時のアスペクト比が高く、気流輸送性が悪く、閉塞等のトラブルの原因になる廃木材を、廃プラスチックを混合し、すりつぶし、押出しによって、表面が溶融固化した粒状体に形成するので、発熱量が向上し、比表面積が向上して高温ガス化特性が付与され、更に、φ５〜１０ｍｍに造粒されるので、気流輸送性が改善する。木材、石炭、および、上述した粒状体の特性を図２に示す。

更に、この発明の廃木材の処理方法において、廃木材の粉砕処理に引き続き、更に、１０〜１００μｍの大きさに粉砕された廃木材を微粉炭と混合してもよい。混合に際しては、微粉炭粉砕装置等に装入して、混合する。

更に、この発明の廃木材の処理方法において、上述した廃木材を０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、間接加熱方式によって５００℃以下の温度で炭化してもよい。炭化に際しては、空気を制限して木材を加熱し、木炭収率、炭素含有量、ヨウ素吸着量、水蒸気吸着量、揮発分量、発熱量を考慮して、所望の比表面積、発熱量を得るように行う。
この発明において、主として廃木材を対象として説明したが、木材全般に関しても、上述したと全く同様の処理を行うことができる。

この発明の方法を、実施例によって更に詳細に説明する。
実施例１
廃木材を粉砕して、０．５〜１０ｍｍの粒度の大きさに調製した。更に、φ６×１０ｍｍの大きさの表面が溶融固化した廃プラスチックを調製した。このように調製した廃木材および廃プラスチックを４０／６０の混合比（廃木材／廃プラスチック材の重量比）で混合した。このように混合した廃木材／廃プラスチック材を、気送供給設備を経て、操業中の高炉羽口から吹き込んで設備内の詰まり等のトラブルの発生状況を調べた。
即ち、貯留サイロに装入された上述した廃木材／廃プラスチック材をサイロから定量的に切出し、これを気送供給設備まで移送し、気送供給設備から下記条件で高炉羽口部に廃木材／廃プラスチック材を気送し、炉内に吹き込んだ。
気送ガス：空気
気送ガス吹込み量：１２００Ｎｍ³／ｈｒ
廃木材／廃プラスチック材：６２．５ｋｇ／ｍｉｎ
固気比：２．４ｋｇ／ｋｇ

（ｂ）このときの高炉操業条件は次の通りであった。
出銑量：９０００ｔ／日
送風量：７２６０Ｎｍ³／ｈｒ
酸素富化率：４％
コークス比：４４７ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
微粉炭吹込み量：１００ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
この発明によって処理された廃木材の吹込み量：１０ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
上述した廃木材の炉内吹込みを２日間実施した。

その結果、廃木材は、９５％以上の高い燃焼性を示した。更に、上述した本発明の範囲内の廃木材においては、高炉の操業自体にも全く支障は生じなかった。

実施例２
廃木材を粉砕して、平均粒度１０〜１００μｍの大きさに調製した。このように調製した廃木材を、気送供給設備を経て、操業中の高炉羽口から吹き込んで設備内の詰まり等のトラブルの発生状況を調べた。
即ち、貯留サイロに装入された上述した廃木材をサイロから定量的に切出し、これを気送供給設備まで移送し、気送供給設備から下記条件で高炉羽口部に廃木材／廃プラスチック材を気送し、炉内に吹き込んだ。
気送ガス：空気
気送ガス吹込み量：１２００Ｎｍ³／ｈｒ
廃木材：６２．５ｋｇ／ｍｉｎ
固気比：２．４ｋｇ／ｋｇ

（ｂ）このときの高炉操業条件は次の通りであった。
出銑量：９０００ｔ／日
送風量：７２６０Ｎｍ³／ｈｒ
酸素富化率：４％
コークス比：４４７ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
微粉炭吹込み量：１００ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
廃木材の吹込み量：１０ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
上述した廃木材の炉内吹込みを２日間実施した。

その結果、廃木材は、９３％以上の高い燃焼性を示した。更に、上述した本発明の範囲内の廃木材においては、高炉の操業自体にも全く支障は生じなかった。

実施例３
廃木材を粉砕して、０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに調製した。このように調製した廃木材を、更に、間接加熱方式によって９００℃の温度で炭化した。このように炭化調製した廃木材を、気送供給設備を経て、操業中の高炉羽口から吹き込んで設備内の詰まり等のトラブルの発生状況を調べた。
即ち、貯留サイロに装入された上述した廃木材をサイロから定量的に切出し、これを気送供給設備まで移送し、気送供給設備から下記条件で高炉羽口部に廃木材／廃プラスチック材を気送し、炉内に吹き込んだ。
気送ガス：空気
気送ガス吹込み量：１２００Ｎｍ³／ｈｒ
廃木材：６２．５ｋｇ／ｍｉｎ
固気比：２．４ｋｇ／ｋｇ

（ｂ）このときの高炉操業条件は次の通りであった。
出銑量：９０００ｔ／日
送風量：７２６０Ｎｍ³／ｈｒ
酸素富化率：４％
コークス比：４４７ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
微粉炭吹込み量：１００ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
廃木材の吹込み量：１０ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
上述した廃木材の炉内吹込みを２日間実施した。

その結果、廃木材は、９６％以上の高い燃焼性を示した。更に、上述した本発明の範囲内の廃木材においては、高炉の操業自体にも全く支障は生じなかった。

図１は、廃木材の燃焼性を示す図である。 図２は、木材、石炭、および、粒状体の特性を示す図である。

Claims (4)

1. 廃木材を０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、廃プラスチックを１０／９０〜９０／１０の範囲内の混合比（廃木材／廃プラスチックの重量比）で混合して、高炉に装入する廃木材の処理方法。
2. 前記廃プラスチックが粒状である、請求項１に記載の廃木材の処理方法。
3. 廃木材を０．５〜１０ｍｍの粉砕粒度の大きさに粉砕し、間接加熱方式によって８００以上の温度で炭化し、更に、粒状の廃プラスチックを１０／９０〜９０／１０の範囲内の混合比（廃木材／廃プラスチックの重量比）で混合して、高炉に装入する廃木材の処理方法。
4. 前記のように混合した前記廃木材および前記廃プラスチックをすりつぶし、および、押し出し工程を含む造粒機によって、表面が溶融固化した粒状体を形成することを特徴とする、請求項２または３に記載の廃木材の処理方法。

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