JP2007255774A - 紙廃棄物の処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
エネルギを多量に消費することなく、紙廃棄物をガラス化するための装置、方法を提供する。
【解決手段】
紙廃棄物の処理方法は、（ａ）紙廃棄物を燃焼させ、灰化する工程と、（ｂ）工程（ａ）で生じた灰を加熱して、溶融体を生じさせる工程と、（ｃ）前記溶融体を急冷し、ガラス固形物とする工程と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、紙廃棄物の処理に関し、特に紙廃棄物の新規な処理に関する。

家庭やオフィス等から大量に排出される紙廃棄物が、大きな環境問題となっている。紙廃棄物は、約６０％が再生紙としてリサイクルされている。リサイクルされた約６０％の紙廃棄物も、紙製品として再生する工程で約２０〜３０％のスラッジを排出し、それらを焼却処理した後に、残灰をセメント業者に売却等している。残りの約４０％の紙廃棄物は、一般廃棄物の約５０％を占め、直接埋め立て処理されたり、焼却後残灰を埋め立て処理されたりしている。国内の埋立地の逼迫を考慮した場合、これらの紙廃棄物をリサイクルすることが重要となってくる。

特開２００１−６２４９４号、２００１−２０７３９１号は、古紙スラッジから有機酸混合溶液を精製した後、光合成細菌を作用させる処理方法を提案している。

特開２０００−３２５９２１号は、ヒドロキシフェニル化合物、多価アルコール化合物、環状エステル化合物のいずれかと、アルカリ触媒又は酸触媒と紙との混合物を加熱し液化する方法を提案する。

紙パ技協誌第５６巻、第９号、ｐ７５、（２００２年９月）は、紙製品の溶融処理、その減容、減量（減重量）効果を報告している。

特開２００１−６２４９４号公報 特開２００１−２０７３９１号公報 特開２０００−３２５９２１号公報 紙パルプ技術協会誌第５６巻、第９号、ｐ１３１７−１３２４、２００２

本発明者と共同研究者は、非特許文献１で紙廃棄物を、必要に応じてガラスカレットと混合し、溶融処理することにより重量、容量を著しく減少し、含まれる組成が外部に溶出しにくいガラス化を行えることを報告した。

しかし、紙廃棄物をガラス生成温度で処理することには、種々の問題を伴う。

本発明の目的は、紙廃棄物をガラス化するための新規な装置、方法を提供することである。

本発明の他の目的は、エネルギを多量に消費することなく、紙廃棄物をガラス化するための装置、方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、紙廃棄物を処理して、付加価値のあるガラスを生成する装置、方法を提供することである。

本発明の１観点によれば、
紙廃棄物を燃焼させ、灰化する燃焼炉と、
燃焼炉で生じた灰をヒータで過熱し、溶融させる電気炉と、
を有する紙廃棄物処理装置
が提供される。

本発明の他の観点によれば、
（ａ）紙廃棄物を燃焼させ、灰化する工程と、
（ｂ）工程（ａ）で生じた灰を加熱して、溶融体を生じさせる工程と、
（ｃ）前記溶融体を急冷し、ガラス固形物とする工程と、
を含む紙廃棄物の処理方法
が提供される。

紙廃棄物の処理を、燃焼と溶融の２段階に分離することにより、燃焼時の還元性雰囲気の悪影響を避けることが容易になる。

紙廃棄物の処理を、燃焼と溶融の２段階に分離することにより、燃焼時に発生する熱エネルギで発電を行い、溶融処理のエネルギ源とすることができる。

図２Ａ，２Ｂは、紙廃棄物の加熱処理の影響を残渣の重量と容量で調べた結果を示すグラフである。横軸は加熱温度を単位℃で示す。加熱処理は４００℃〜１６００℃の範囲で、２００℃刻みで行った。図２Ａの縦軸は加熱処理後の残渣重量を処理前の重量に対する％で示す。図２Ｂの縦軸は加熱処理後の残渣容量を処理前の容量に対する％で示す。サンプルとして、グラビア誌、カタログ、コピー用紙、新聞紙、段ボール、週刊誌の６種類を用いた。いずれの紙でも、加熱処理の温度を高くするほど、残る残渣の重量、容量とも減少することが明らかである。

例えば、紙廃棄物を通常の焼却炉の焼却温度である、約８００℃で燃焼させると、重量としてグラビア誌とカタログで約３０％程度、コピー用紙、新聞紙、段ボール、週刊誌で約１０％程度、容積としてグラビア誌で約４０％程度、カタログ、コピー用紙、新聞紙、段ボール、週刊誌で約２０〜１０％程度、の灰が残る。

処理温度を１６００℃とすれば、残渣は、重量としてグラビア誌とカタログで約３０％以下、コピー用紙、新聞紙、段ボール、週刊誌で約５％以下、容量としてグラビア誌とカタログで約１０％程度、コピー用紙、新聞紙、段ボール、週刊誌で約３％以下にできる。紙廃棄物の処理として、高温処理が効果的であることが判る。

紙廃棄物を熱処理する場合、加熱温度により残灰または溶融スラグは、変化する。

図３Ａ−３Ｅは、カタログを４００℃、８００℃、１２００℃、１４００℃、１６００℃で加熱処理したサンプルの急冷後の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。４００℃の熱処理後は、紙繊維（セルロース）が残っているのが観察される。８００℃では、紙繊維は消滅し、白い灰が残る。紙繊維が脱炭素化し、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯを主成分とする無機化合物の状態になると考えられる。
１２００℃の加熱処理後は、結晶質の固体となっている。１４００℃の加熱処理後は、溶融し、固化した状態を示す。１６００℃の加熱処理後は、透明なガラスが生じている。ガラス資源として付加価値が生じている。ガラス化する転移温度は組成によって異なる。一般的に１２００℃〜１６００℃でガラス化できるであろう。

コピー用紙はガラス化しなかったが、ガラスカレットを例えば３０ｗｔ％混合することで１４００℃以上でガラス化できた。ガラスカレットは、屑ガラスとして入手できるものであり、その主成分はソーダライムガラスである。ガラスカレットを混合することでガラス化温度を低減することができる。

紙廃棄物を、１２００℃〜１６００℃で処理しようとすると、通常の焼却炉は使えず、１６００℃程度まで加熱可能な高温炉を用いることが必要となる。１２００℃〜１６００℃の温度を得るために多量のエネルギを必要となる。燃焼により還元性雰囲気が生じると、炉材などを腐食する可能性もある。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、紙廃棄物の処理装置を概略的に示す線図である。燃焼炉１０は、紙廃棄物を燃焼させる炉であり、通常の焼却炉を利用できる。紙廃棄物１１と空気１２を送り込み、約８００℃で紙廃棄物１１を燃焼させる。紙廃棄物中の炭素Ｃは、ＣＯ_２１３となり，排気される。紙廃棄物１１の燃焼によって、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯを主成分とする無機化合物の残灰１４が生成する。ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＣａＯは、ガラス形成に必要な原料である。コピー用紙の灰のように、ＣａＯ組成が高い場合や、ガラス化温度が高い場合は、ガラスカレットを添加することによりガラス化可能になる。

紙の燃焼により、約４０００ｋｃaｌ／１ｋｇの熱エネルギが発生する。この熱エネルギを回収し、タービン１６を駆動することなどで発電を行う。効率約１０％として、約４００ｋｃaｌ／１ｋｇが得られる。残渣の灰１４は、紙廃棄物が主にコピー用紙、新聞紙、段ボール、週刊誌であるとして、約１０％程度と見積もれる。ガラス作成に必要なエネルギは、約１３００ｋｃaｌ／ｋｇである。灰１００ｇ当たりにすると、約１３０ｋｃaｌであり、発電した約４００ｋｃaｌで十分間に合う。

溶融炉３０は、電気炉であり、例えばアルミナの炉体３１と２硅化モリブデンのヒータ３２を備え、１２００℃〜１６００℃の加熱処理を行える。燃焼炉１０で発生した灰１４に、必要に応じてガラスカレット２０を添加し、Ｐｔるつぼ３４にガラス原料として装荷する。タービン１６を用いて発電した電力をヒータ３２に供給し、例えば１６００℃まで加熱する。ガラス原料は溶融し、急冷することによりガラス３５が得られる。なお、燃焼灰にガラスカレットを混入する代わりに、燃焼前の紙廃棄物にガラスカレットを混入してもよい。

ガラス３５は、少し着色している場合が多いが、着色ガラスの原料としては十分利用可能である。また,石の代わりに路盤材として利用することもできる。埋め立て処理しなければならないごみが消滅し、付加価値のあるガラスが得られる。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、燃焼炉で発生した灰を、重力などを利用して自動的に溶融炉に搬入する機構を設けることも可能であろう。燃焼炉は一般的なごみ焼却用の炉を用いる代わりに、紙廃棄物の燃焼に適したものを用いてもよい。約８００℃の燃焼温度であるので、種々の材料、機構が利用可能である。溶融炉は、高温炉であるが、窯業用電気炉等を転用することもできよう。燃焼炉の発生する熱エネルギで発電した電力は、溶融炉で用いる他、他の用途に利用することもできる。その他種々の変更、改良、組合わせが可能なことは当業者に自明であろう。

図１は、紙廃棄物の処理装置を概略的に示す線図である。 図２Ａ，２Ｂは、紙廃棄物の加熱処理の影響を残渣の重量と容量で調べた結果を示すグラフである。 図３Ａ−３Ｅは、カタログを４００℃、８００℃、１２００℃、１４００℃、１６００℃で加熱処理したサンプルの急冷後の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。

符号の説明

１０ 燃焼炉
１１ 紙廃棄物
１２ 空気
１３ ＣＯ_２
１４ 灰
１６ タービン
２０ ガラスカレット
３０ 溶融炉
３１ 炉体
３２ 電気ヒータ
３４ るつぼ
３５ ガラス

Claims (6)

1. 紙廃棄物を燃焼させ、灰化する燃焼炉と、
   燃焼炉で生じた灰をヒータで過熱し、溶融させる電気炉と、
   を有する紙廃棄物の処理装置。
2. 前記燃焼炉で生じた熱エネルギを用いて発電し、前記電気炉に電力を供給する発電機をさらに有する請求項１記載の紙廃棄物の処理装置。
3. （ａ）紙廃棄物を燃焼させ、灰化する工程と、
   （ｂ）工程（ａ）で生じた灰を加熱して、溶融体を生じさせる工程と、
   （ｃ）前記溶融体を急冷し、ガラス固形物とする工程と、
   を含む紙廃棄物の処理方法。
4. 前記工程（ａ）が、燃焼熱を利用して発電を行い、生じた電力を用いて前記工程（ｂ）を行う請求項３記載の紙廃棄物の処理方法。
5. （ｄ）前記工程（ｂ）の前に、ガラスカレットを添加する工程をさらに含む請求項３または４記載の紙廃棄物の処理方法。
6. 前記工程（ａ）が約８００℃で行われ、前記工程（ｂ）が約１２００〜１６００℃で行われる請求項３〜５のいずれか１項記載の紙廃棄物の処理方法。