JP2007105635A - 光ファイバーのリサイクル処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最も環境負荷が少ない循環型社会の構築に相応しいリサイクル方法で、処理コストが安く、マテリアルリサイクルおよびサーマルリサイクルの双方が可能で、地球環境に貢献できる被覆光ファイバーのリサイクル処理方法を提供する。
【解決手段】反応器５内に被覆光ファイバーを供給し、供給ライン４から水または水と酸化剤を反応器５に連続的に導入して、前記被覆光ファイバーと反応させる。反応器５内の反応生成物は連続的に取り出され、反応生成物取り出しライン６中の反応生成物は熱交換器７で冷却された後、気液分離装置８において気体と液体に分離されるので、分離ガスをサーマルリサイクルする。一方、反応器５内には心線が分別されて残る。
【選択図】 図１

Description

本発明は光ファイバーのリサイクル処理方法に関する。

光ファイバーは通信での利用拡大のため使用量が急増しており、今後の廃光ファイバーの量も増大すると予測されているが、そのリサイクル技術は確立されていない。リサイクルには、マテリアルリサイクル、ケミカルリサイクル、サーマルリサイクルがあり、最も環境負荷が少ない循環型社会の構築に相応しいリサイクルは、マテリアルリサイクルであると考えられている。

光ファイバーケーブルは石英ガラスからなる光ファイバー心線、プラスチック被覆材および金属材から構成されており、各構成材料は強固に固定されているため、構成材料を簡単に分離回収することは難しく、マテリアルリサイクルは進んでいない。また、サーマルリサイクルについても、実施されている事例もあるが、排出ガスの問題があり、今後の焼却炉の新設は難しい状況である。

図２は光ファイバーケーブルの主流となるスロット型ケーブルの断面図の一例である。ケーブル１００はその中心に単鋼線や鋼撚線等からなるテンションメンバ２０を備えた熱可塑性樹脂から構成されたスロット本体３０の外周面に、光ファイバー収納溝４０が５条設けられ、この５条の収納溝４０内に光ファイバーテープ５０が収納され、この光ファイバーテープ５０が収納されたスロット本体３０の外周に押え巻き不織布６０が巻かれ、更にその外周がポリエチレン樹脂等から構成されたシース７０で被覆されている。

図３は収納溝４０に収容された光ファイバーテープ５０の断面図であるが、透明な光硬化性樹脂（テープ層）５３により、心線５１とそのコーティング層５２から構成された光ファイバー着色素線を、複数本束ねた構造を有している。

特許文献１には、廃光ファイバーケーブルを粉砕処理し、超臨界水分解反応または超臨界水酸化反応を行うことにより、光ファイバーケーブルを構成する外被等のプラスチックを分解し、モノマーや油状分解物を回収して再利用することが提案されている。
特開２０００−７０８９９号公報（請求項１〜８、第２頁〜第４頁等）

しかしながら、上記の特許文献１に記載された方法においては、光ファイバー粉砕後、スラリー化したものを超臨界水分解反応等に供給するため、光ファイバーは０．５ｍｍ以下に粉砕される必要がある。しかしながら、軟質ＰＥやＰＶＣを細かく粉砕するには湿式粉砕或いは低温粉砕が必要であるが、これらの操作は容易ではない。また、この処理方法は超臨界水分解反応であるため処理コストが高く、しかもバッチ式であるため、分解ガスを連続的に分離、回収し、サーマルリサイクルするには不向きである。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、最も環境負荷が少ない循環型社会の構築に相応しいリサイクル方法であり、処理コストが安く、マテリアルリサイクルおよびサーマルリサイクルの双方が可能で、地球環境に貢献できる被覆光ファイバーのリサイクル処理方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、被覆光ファイバーを水または水と酸化剤を含む溶液中で加熱・加圧処理することにより、高発熱量のガスが発生するとの知見を得、本発明に到達した。

すなわち、本発明は以下の通りである。
１）被覆光ファイバーを、水または水と酸化剤を含む溶液中で加熱・加圧処理し、分解ガスをサーマルリサイクルすることを特徴とする光ファイバーのリサイクル処理方法、
２）前記加熱・加圧処理が、温度３９０℃〜６４０℃、圧力０．１ＭＰａ〜１８ＭＰａの範囲内で行われることを特徴とする前記１）に記載の光ファイバーのリサイクル処理方法、
３）前記酸化剤濃度が、酸化剤と水の合計量に対する質量比で５〜３０％であることを特徴とする前記１）または２）に記載の光ファイバーのリサイクル処理方法、
４）前記被覆光ファイバーが光ファイバー心線テープであることを特徴とする前記１）〜３）のいずれかに記載の光ファイバーのリサイクル処理方法、
５）前記分解ガスが、被覆光ファイバーの有機成分を分解したガスであり、加熱・加圧処理後の反応生成物を気液分離装置で分離して得られるガスであることを特徴とする前記１）〜４）のいずれかに記載の光ファイバーのリサイクル処理方法、および、
６）反応器に被覆光ファイバー、水または水と酸化剤を供給し、反応器内で前記被覆光ファイバーの有機成分が分解されるように加熱・加圧条件下で反応を生じさせ、前記反応器から取り出された反応生成物を反応器内の反応温度以下に冷却して気液分離装置に導入し、分離したガスをサーマルリサイクルすると共に、反応器から心線を回収することを特徴とする光ファイバーのリサイクル処理方法。

本発明によれば、被覆光ファイバーを水熱分解処理して得られる分解ガスをサーマルリサイクルするので、排出ガス規制を懸念することなく、高発熱量の燃料ガスを得ることができる。しかも本発明は、処理コストが安く、安全で、分解後は高回収率で心線を分別回収することができる。よって、本発明によれば、マテリアルリサイクルとサーマルリサイクルの双方が可能となる。

本発明に係る加熱・加圧処理原料である被覆光ファイバーとしては、廃光ファイバーケーブルから分離した光ファイバー心線テープを全て使用することができる。テープ層およびコーティング層を構成する樹脂としては、特に限定されないが、例えばウレタンアクリレート、エポキシアクリレートなどの紫外線硬化性樹脂等が挙げられる。また、特開平９−５７６８６号公報等に開示されている、光ファイバーケーブルのスロットから分離したスロットの外周凹部など、光ファイバー心線とコーティング樹脂とから構成されているものでもよい。

本発明の加熱・加圧処理に用いる反応器としては、オートクレーブなどの耐高温および耐高圧用の一般的な反応容器を用いることができる。

反応条件としては、反応温度は３９０〜６４０℃が好ましく、より好ましくは４８０〜６４０℃であり、最も好ましくは５８０〜６４０℃である。反応温度が３９０℃未満では被覆樹脂の分解率や心線の回収率が低くなり、一方、反応温度が６４０℃を超えると、被覆樹脂の分解反応速度は増大するが、投入エネルギーも増大し無駄になる。また、反応圧力は０．１〜１８ＭＰａが好ましく、より好ましくは０．１〜１０ＭＰａであり、エネルギー消費量を考慮すると、０．１〜１．０ＭＰａで行うのが最も好ましい。反応圧力が１８ＭＰａを超えると、心線自体の分解により心線の回収率が低下する。

反応時間は、通常３０分〜１２０分、好ましくは５０分〜７０分である。反応時間が短すぎると有機物たる被覆樹脂の分解が不十分となり、一方、反応時間が長すぎても反応が平衡状態に達するので無意味となり、システムの運転効率が低下する。

反応器内に被覆光ファイバーと溶媒としての水を供給し、温度および圧力を、所望の温度および圧力範囲内に保たれるように加熱する。あるいは、被覆光ファイバーを反応器に入れた後、超臨界もしくは亜臨界状態とされた水を反応器に圧入し、反応器内の温度および圧力が、所望の温度および圧力範囲内に保たれるように加熱する。

溶媒として水を使用するのは、取扱時の安全性が高く、環境負荷を低減できるからである。また、分解反応を促進するため、必要に応じて、溶媒に、過酸化水素や酸素などの酸化剤を添加してもよく、酸化剤濃度は酸化剤と水の合計量に対する質量比で、５〜３０％が好ましい。酸化剤濃度が低すぎると有機物の分解率が低下し、高すぎると反応器内の温度が上がりすぎる。

反応器内の被覆光ファイバーは、加熱および加圧下で溶媒である水と接触し、表面の樹脂層（有機物）が分解され、ＣＨ_４、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２等のガスが生成する。この際、共存する可能性のあるポリエチレンなどの有機物も分解され、同様にガスが生成する。有機物の分解反応に伴って、心線が被覆樹脂層から分離される。

反応器に供給する溶媒の使用量は、前記反応器内の光ファイバー心線テープ供給量に対して、質量比で約３倍以上が好ましく、より好ましくは約３倍〜１３倍の質量である。反応器に供給する溶媒の量を多くすると、反応温度の制御は容易になるが、システム全体の流量がポンプ、配管、熱交換器等の装置を大型化せざるを得なくなって、コスト的に不利となり、好ましくない。一方、少な過ぎると反応が不安定になり反応率が低下したり、適正な反応温度を維持することができなくなる。また、反応器が閉塞したりする原因となり、好ましくない。

また、溶媒の供給方法として水は、反応器内の被覆光ファイバー近傍に供給する必要があるが、被覆光ファイバーの供給は反応開始前に一定量を反応器に仕込んでおいてもよい。

溶媒は連続的、あるいは間欠的に反応器に供給することができるが、一定量を連続して供給することが好ましい。一定量を連続的に供給することにより、反応系が安定化して分解率や回収率のばらつきが抑えられる。溶媒の供給量は、好ましくは０．１〜５．０ｍＬ／ｍｉｎ、より好ましくは０．５〜１．０ｍＬ／ｍｉｎである。

好ましい態様では、反応器に供給する溶媒は、予熱器を介して加熱した後に反応器に供給する。供給ラインの温度は、好ましくは、反応温度＋０〜２０℃、より好ましくは反応温度＋０〜１０℃である。反応器に供給する溶媒の温度を高くすると、反応温度の制御は容易になるが、加熱手段に用いる装置を大型化せざるを得なくなって、コスト的に不利となる。また、温度を低くしすぎると、分解能力が低下して適正な分解率や回収率を維持することができなくなる。

反応器内は酸素雰囲気が好ましい。反応器内を酸素雰囲気にすることにより反応が安定化して分解効率を高く維持することができる。水熱処理は、理論燃焼酸素量に対する酸素量の割合（酸素比）が、０．２〜１．０の範囲で行うことが好ましく、より好ましくは０．２５〜０．５の範囲である。酸素比が低すぎると有機物の分解率が低下し、高すぎると反応器内の温度が上がりすぎる。

また、前記反応器は、反応生成物取り出しラインに接続され、該取り出しラインは冷却手段を備えている。冷却能力が小さすぎると気液分離効率が低下することとなる。この場合、冷却手段は、熱交換器、冷却コイルなどを使用する。安定的に分解反応を進行させるには、冷却手段通過後の取り出しライン内を３０℃以下、望ましくは１５℃から３０℃に維持するのが好ましい。反応生成物取り出しライン内の温度を低くすると、気液分離は容易になるが、熱交換器を大型化せざるを得なくなって、コスト的に不利となる。また、温度を高くしすぎると、気液分離能力が低下して分離した気体をリサイクルすることができなくなる。

気液分離装置は、開放型のガラス管やガラス窓を有する鋼管などを使用する。気液分離装置により、有機成分の分解ガスは気体排出ラインを介して、水等の液体は液体排出ラインを介して、それぞれ連続的に排出される。

本発明によれば、反応器に供給した被覆光ファイバーの分解反応で生成した反応生成物を、連続的に反応系外に排出させるように構成し、反応生成物は気体排出ラインと液体排出ラインからそれぞれ排出させるように構成しているので、気体排出ラインから排出させたガスは、燃料ガスとして利用できるようになっている。一方、液体排出ラインから排出させた液体は、燃料油として利用できるようになっている。したがって、反応器には分解残渣として、石英ガラスからなる心線が分別される。

このように、反応生成物を連続的に排出させることによって、反応速度を適正に維持することができ、コーティング樹脂の分解効率を高めることができる。これによって、未分解コーティング樹脂の残存による心線内の夾雑物量の増加あるいは、反応の停止などといった問題を解消することができる。

水熱分解後は、反応器内より心線を取り出す。取り出した心線は、そのままリサイクル材として使用しても良いし、必要に応じて後処理を施し、心線に付着している未分解コーティング樹脂などを除去した後リサイクル材として使用しても良い。後処理方法としては例えば、水等の溶媒を用いた洗浄処理を挙げることができるが、洗浄時には超音波を加振しながら洗浄するのが好ましい。これにより、心線に付着している付着物を、後処理前の１０分の１程度まで減少することができる。

本発明にかかる水熱分解反応によって得られた心線は、石英ガラス製品等の原材料として用いることができる。

以下、本発明の実施例について図を参照しつつ説明する。

図１を参照すると、本発明を実施することができる光ファイバーの水熱分解システム１のブロックチャートが示されている。図示のシステムは、被水熱処理材として光ファイバー心線テープを主原料とし、水熱処理の溶媒２として水または酸化剤を添加した水を使用する。

溶媒２は、予熱器３で予熱された後、供給ライン４を介して、反応器５に連続的に導入されるようになっている。反応器５は、耐高温・高圧の反応器であって、下部に分散板を設け、供給した光ファイバー心線テープと連続的に導入される溶媒が均一に接触するようになっている。なお、供給ライン４には、溶媒を搬送するためのポンプ１１が設けられている。

反応器５には溶媒２が連続的に供給されて光ファイバー心線テープと混合される。この場合、溶媒に配合されている酸化剤は、被覆樹脂の酸化剤として作用して分解反応を促進し、反応が全体にわたって一様な速度で生じるように機能する。

反応器５において生成した反応生成物は、生成物取り出しライン６により反応器５から排出され、気液分離装置８に導入されるようになっている。取り出しライン６には、反応生成物に含まれる液体成分（主に水）を凝縮するための熱交換器７が設けられている。

気液分離装置８は、上記反応器５によって生じた反応生成物を気体成分と液体成分に分離させるために設けられるものであって、連続的に供給される反応生成物を連続的に処理するようになっている。気体成分は排出ライン９を介して、液体成分は排出ライン１０を介してそれぞれ回収されるようになっている。

なお、生成物取り出しライン６には、反応器５内の圧力を調整するための圧力調整弁１２が設けられている。

反応器５には、石英ガラスからなる心線とポリマーからなるコーティング樹脂とから構成される光ファイバー心線テープが供給されているので、コーティング樹脂が水熱分解することにより、反応器５には心線と未分解コーティング樹脂が残るようになる。

（実施例１）
内容量１００ｍＬのオートクレーブに、光ファイバー心線テープ（Ａ）３８ｇを入れ、溶媒として、約５００℃に加熱した水を０．１ｍＬ／ｍｉｎの速度で、３０％過酸化水素水を０．５ｍＬ／ｍｉｎの速度で、それぞれオートクレーブに連続的に供給した（供給水量３３７ｇ、酸素比０．２）。供給ラインの流量の調整は、ポンプにより行った。オートクレーブ内の圧力を１ＭＰａ、温度を６００℃に調整して６０分間維持した。オートクレーブ内の圧力調整は圧力調整弁により行った。この間、オートクレーブから反応生成物が連続的に排出され、気液分離装置により気体成分（１５ｇ）と液体成分（水：約３２０ｇ＋油：１３ｇ）に分離された。なお、反応生成物取り出しラインには、０．０２ｍ^２の単管式熱交換器を設置して１５℃の冷却水を循環させた。

（実施例２）
内容量１００ｍＬのオートクレーブに、光ファイバー心線テープ（Ｂ）５０ｇを入れ、溶媒として、約５００℃に加熱した水を０．１ｍＬ／ｍｉｎの速度で、３０％過酸化水素水を０．５ｍＬ／ｍｉｎの速度で、それぞれオートクレーブに連続的に供給した（供給水量４４５ｇ、酸素比０．２）。供給ラインの流量の調整は、ポンプにより行った。オートクレーブ内の圧力を１ＭＰａ、温度を６００℃に調整して６０分間維持した。オートクレーブ内の圧力調整は圧力調整弁により行った。この間、オートクレーブから反応生成物が連続的に排出され、気液分離装置により気体成分（２９ｇ）と液体成分（水：約４３０ｇ＋油：１４ｇ）に分離された。なお、反応生成物取り出しラインには、０．０２ｍ^２の単管式熱交換器を設置して１５℃の冷却水を循環させた。

実施例１、２で得られた分離ガスの組成および発熱量を表１に示した。なな、ガスの発熱量はガス組成より算出した。

一方反応終了後、反応器内より心線を取り出し、以下の評価方法により被覆樹脂の分解率および心線の回収率を求めた。その結果、実施例１、２ともに、分解率９８％で、回収率９９％以上であった。

（評価方法）
コーティング量は、最初にコーティング剤付き心線の質量を計測し、トルエンでコーティング剤を剥離させた後に心線の質量を計測して差分により求めた。
分解率(％)＝［１−（試験後のコーティング量／初期コーティング量）］×１００
回収率(％)＝（試験後の心線量／試験前の心線量）×１００

光ファイバーの水熱分解システムの概略ブロック図である。 光ファーバーケーブルの断面図の一例である。 光ファーバーテープの断面図の一例である。

符号の説明

１ 水熱分解システム
２ 溶媒
３ 予熱器
４ 供給ライン
５ 反応器
６ 反応生成物取り出しライン
７ 熱交換器
８ 気液分離装置
９ 気体排出ライン
１０ 液体排出ライン
１１ ポンプ
１２ 圧力調整弁

Claims (6)

1. 被覆光ファイバーを、水または水と酸化剤を含む溶液中で加熱・加圧処理し、分解ガスをサーマルリサイクルすることを特徴とする光ファイバーのリサイクル処理方法。
2. 前記加熱・加圧処理が、温度３９０℃〜６４０℃、圧力０．１ＭＰａ〜１８ＭＰａの範囲内で行われることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバーのリサイクル処理方法。
3. 前記酸化剤濃度が、酸化剤と水の合計量に対する質量比で５〜３０％であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバーのリサイクル処理方法。
4. 前記被覆光ファイバーが光ファイバー心線テープであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバーのリサイクル処理方法。
5. 前記分解ガスが、被覆光ファイバーの有機成分を分解したガスであり、加熱・加圧処理後の反応生成物を気液分離装置で分離して得られるガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ファイバーのリサイクル処理方法。
6. 反応器に被覆光ファイバー、水または水と酸化剤を供給し、反応器内で前記被覆光ファイバーの有機成分が分解されるように加熱・加圧条件下で反応を生じさせ、前記反応器から取り出された反応生成物を反応器内の反応温度以下に冷却して気液分離装置に導入し、分離したガスをサーマルリサイクルすると共に、反応器から心線を回収することを特徴とする光ファイバーのリサイクル処理方法。
   

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