JP2009227921A - 固形燃料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 古紙繊維を水中で解砕して作製した古紙繊維の解砕スラリーに粉炭を混合して、成形用混合物を形成し、この成形用混合物を脱水成形することにより、ガス燃焼と固体燃焼を組み合わせた着火及び火持ちの良い固形燃料の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 古紙を破砕機により１０ｍｍ以下の粒度に破砕し、この古紙破砕物を水中で急速撹拌して、古紙繊維を解砕し、この古紙繊維の解砕スラリーに粉炭を混合して、水分含有率が９０乃至２５重量％の成形用混合物を形成し、この成形用混合物を加圧成形して、成形物を形成し、乾燥することを特徴とする固形燃料の製造方法にあり、製造された固形燃料は、ガス燃焼を中心とする古紙と固体燃焼を中心とする炭を組み合わせた固形燃料であり、古紙と粉炭を適宜の割合で配合することにより着火及び火持ちの良い固形燃料を製造することができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、固形燃料の製造方法に関し、特に、新聞紙や段ボールなどの古紙、並びに木炭若しくはバイオマス由来の炭、又は森林伐採木材、間伐材、街路樹・公園樹木の剪定廃材、建築廃木材などのチップ若しくは鋸屑由来の炭を原料とする固形燃料の製造方法に関する。また、本発明は、新聞紙や段ボールなどの古紙と、収集された状態の有機質廃材、即ち、バイオマス、下水処理汚泥、その他の汚泥、畜糞、生ごみ、食物残滓、食品加工残滓、果物及び野菜の抽出残渣、紙類、使用済み紙おむつ、廃プラスチック類、廃タイヤ等の収集された産業廃材、市ごみ及び農業廃材、竹の切断屑、そば殻、籾殻、玉蜀黍残渣、砂糖黍絞り滓、麦藁、稲藁、一年生植物若しくは多年生植物の一種以上の茎、葉若しくは根等の植物廃材などのバイオマス又はこれらの混合物の炭化処理により得られる粉末状の炭を原料とする固形燃料の製造方法に関する。

古新聞紙や廃段ボール等の古紙は、一部再生紙としてリサイクルされるが、再生されない古紙は、ゴミとして焼却・埋め立て処分されている。このような古紙の焼却を有効に活用するために、例えば、古紙の段ボールの破断片を水中で解離してスラリー状とし、これを成形・乾燥して、段ボールを固形燃料とすることは、既に開示されている（特許文献１参照）。しかし、廃段ボール等の古紙を圧縮成形して形成された固形燃料は、比較的着火し難く、かつその燃焼は継続し難いために、発熱量が大きいプラスチック廃材、又はプラスチック廃材にゴミ炭を混合して燃焼を継続し易い固形燃料とすることは既に開示されている（特許文献２及び３参照）。
特開２００２−１０５４６２号公報 特開平７−８２５８１号公報 特開２００１−２４０８８２号公報

しかし、固形燃料にプラスチック廃材を混合すると、プラスチック廃材に含まれる塩化ビニル等の塩素系プラスチックが熱分解して、塩素ガスや塩化水素ガス等の酸性ガスを含む燃焼ガスを発生して有害であり、問題とされている。しかも、プラスチック廃材を混合する場合、湿式で減容処理された古紙は、スラリー状であるためにプラスチック廃材との混合が難しくなり、段ボールや雑誌屑等についての湿式による減容積化をはかることが難しく、問題である。
本発明は、これ等の問題点を解決することを目的としている。

本発明は、古紙繊維を水中で解砕して作製した古紙繊維の解砕スラリーに粉炭を混合して、成形用混合物を形成し、この成形用混合物を脱水成形することにより、ガス燃焼と固体燃焼を組み合わせた着火及び火持ちの良い固形燃料の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、古紙がガス燃焼を中心とする燃料であり、粉炭が固体燃焼する燃料であることに着目して、解離した古紙スラリーに粉炭を混合して、加圧成形に適した粉状混合物を形成すると共に、適宜の種類の古紙及び粉炭を選択し、且つ古紙及び粉炭の配合割合を調整することにより着火及び火持ちの良い固形燃料とすることができることを発見し、本発明に至った。
即ち、本発明は、古紙を破砕機により１０ｍｍ以下の粒度に破砕し、この古紙破砕物を水中で急速撹拌して、古紙繊維を解砕し、この古紙繊維の解砕スラリーに粉炭を混合して、水分含有率が９５乃至２５重量％の成形用混合物を形成し、この成形用混合物を加圧成形して、固形燃料となる成形物を形成し、乾燥することを特徴とする固形燃料の製造方法にある。

本発明の固形燃料の製造方法において、成形用混合物を複数の水分離用の小孔が形成されている成形型に入れて、前記成形用混合物を加圧して脱水成形して、固形燃料となる成形体を形成することができる。また、本発明の固形燃料の製造方法において、成形用混合物を複数の押出成形用の小孔が形成されているか、又は形成されていない成形型に入れて、水分離用の小孔が形成されており、且つ中空体内部が減圧されている中空状の成形用押出し部材により、前記成形用混合物を押出し成形して、固形燃料となる成形体を形成することができる。さらに、本発明は、成形用混合物を複数の押出成形用の小孔が形成されている成形型に入れて、成形用混合物を押出し成形して、固形燃料となる成形体を形成することができる。本発明の固形燃料の製造方法において、成形用混合物は、解繊された古紙繊維1重量部に対して粉炭を０．０５乃至１０重量部含有するものとすることができる。

本発明は、紙を破砕機により１０ｍｍ以下の粒度に破砕し、この古紙破砕物を水中で急速撹拌して、古紙繊維を解砕し、この古紙繊維の解砕スラリーに粉炭を混合して、水分含有率が９５乃至２５重量％、好ましくは９０乃至２５重量％の成形用混合物を形成し、この成形用混合物を加圧成形して、固形燃料となる成形物を形成し、乾燥することにより固形燃料を製造するので、燃焼速度が速いガス燃焼が中心の古紙と、ゆっくり燃焼する固体燃焼が中心の粉炭とを、適宜の混合割合で組み合わせることが容易となり、粉塵爆発の危険を避けて、ガス燃焼と固体燃焼の適宜組み合わせた燃焼が可能な、適宜の形状の固形燃料とすることができる。

本発明は、古紙を破砕機により１０ｍｍ以下の粒度に破砕し、この古紙破砕物を水中で急速撹拌して、古紙繊維を解砕し、この古紙繊維の解砕スラリーに粉炭を、着火及び火持ちの程度に応じた割合で混合して、水分含有量が成形可能の水分量の成形用混合物を調製し、この成形用混合物を加圧成形して、使用に便利な形状の固形燃料となる成形物を形成し、この成形物を乾燥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であり、本発明において、古紙としては、廃材の段ボール、新聞紙、雑誌、切付中更反古紙、印刷損紙・ボール紙、模造紙、色紙、チラシ、及びその他産業古紙があり、粉炭としては、バイオマス由来の木炭、又は木のチップ及び／又はオガ粉由来の木炭がある。

本発明において、使用される粉炭は、上記の木炭以外に、収集された状態の有機質廃材、即ち、バイオマス、下水処理汚泥、その他の汚泥、畜糞、生ごみ、食物残滓、食品加工残滓、果物及び野菜の抽出残渣、紙類、使用済み紙おむつ、衛生シーツ、廃プラスチック類並びに廃タイヤ等の収集された産業廃材、都市ごみ及び農業廃材などの有機質材料を含む有機質廃材を、臭気ガスの発生を防止しながら、熱分解又は炭素化した有機質廃材の炭であり、また、竹の切断屑、そば殻、森林伐採木材、間伐材、街路樹・公園樹木の剪定廃材、建築廃木材などのチップ、鋸屑、玉蜀黍残渣、砂糖黍絞り滓、麦藁、稲藁、一年生植物若しくは多年生植物の一種以上の茎、葉若しくは根等の植物廃材などのバイオマスの炭素化された炭がある。混合する炭の灰分は、木炭と同様の２重量％以下であるのが好ましい。

本発明において、古紙は、古紙の繊維をほぐすために、水に浸し、撹拌して解砕し、減容する。本発明において、古紙は、水中での解砕を容易にするために、１０ｍｍ以下の粒度、即ち、全量が目開きが１０ｍｍの篩を通過する粒度に粉砕される。このように１０ｍｍ以下の粒度に粉砕された古紙を解砕することにより、古紙の繊維を均一に懸濁したスラリーを製造することができる。次いで、このスラリーに粉炭を加えて撹拌することにより、湿式で古紙の繊維と粉炭とを任意の割合で、均一に混合することができ、固形燃料用の成形可能の混合物を製造することができる。本発明においては、古紙を解砕して得られた古紙のスラリーに、古紙１重量部に対し粉炭を０．１乃至５０重量部を加えて撹拌して、水分含有率が２５乃至９０重量％の即ち、泥状乃至僅かに湿った程度の粉状の成形用混合物とし、型を介して成形される。本発明において、成形用混合物についての成形は、加圧による脱水成形、押出し成形、押出し造粒、圧縮成形、圧縮造粒又はその他の成形又は造粒手段の中から、固形燃料の用途に応じて、適宜の成形手段又は造粒手段を選択適用することができる。例えば、手で丸めたりして、手で成形することも可能である。成形された固形燃料用の成形物は、自然乾燥により、水分含有率が、２０重量％以下、好ましくは、１５重量％以下（但し、「以下」は零を含まない。）に乾燥される。乾燥は、適宜の乾燥器により、粉化が起こらないように乾燥される。本発明において、古紙に対する粉炭の混合割合は、古紙１重量部に対して０．１乃至５０重量部とすることができるが、着火性能を良くするには、粉炭に対する古紙の混合割合を多くするのが好ましく、火持ち性能を良くするには、古紙に対する粉炭の混合割合を多くするのが好ましい。また、一回の解砕及び混合処理では十分に解砕され混合されて、目的の成形混合物が得られないときは、解砕及び混合処理を繰り返して、目的の成形用混合物とすることができる。

本発明においては、古紙の解砕された繊維を粉炭と混合することにより、成形強度が大きく、密で、粉炭が混合されていても形が崩れることのない固形燃料とすることができる。また、古紙の解砕された繊維と粉炭の混合割合を調整することにより、例えば、容積効率が高く、比較的嵩張らず、単位体積、単位重量あたりの熱量を増やすことができ、しかも、適宜の着火性能及び火持ち性能を有する固形燃料を適宜の大きさで提供することができる。本発明において、固形燃料の灰分は、燃焼後の灰の処理が簡単に行なえるように、木炭のように少ないのが好ましいが、例えば、籾殻炭のように比較的灰分の多い炭を粉炭とすることにより、練炭や豆炭のように、燃え方が穏やかで、火持ちの良い固形燃料とすることができる。しかも、本発明の製造方法は、古紙の解砕した繊維と粉炭との混合を一様にでき、このような均一な古紙と粉炭の混合物を、加圧成形して、適宜の大きさや形状を有する固形燃料に成形することができ、しかも、古紙の解砕された繊維が粉炭粒子を接着するので、崩れ難い、安定した形状の固形燃料を容易に製造することができる。したがって、本発明によると、加熱用及び暖房用等の固形燃料として、例えば、ストーブ用又はペレットボイラー用等の各種燃焼器用の固形燃料とすることができる。

古紙は、ガス化して燃焼するので、燃焼速度が速いのが特長であるから、固形燃料に混合される古紙の含有率が粉炭の含有率より多いもの、例えば、２重量部の古紙と１重量部の粉炭の固形燃料の場合は、早く温度を上げたい場合に使用するのが好ましく、例えば、ストーブやボイラーのなどの温度の立ち上げ時や立ち下げ時に使用すると、早く温度を制御できるので好ましい。これに対して、粉炭は、固体燃焼が中心となり、単位重量当たりの熱量が多く、燃焼速度が遅いので、火持ちの良い固形燃料となり、しかも、タールや煤塵や水分が殆ど出さないので、煙突での結露や、粉塵やタールの汚れを少なくすることができ、固形燃料としては好ましい特性を有しており、例えば、バーベキューなどの焼き物の加熱に適している。また、粉炭の含有率が古紙の含有率より多い固形燃料は、ストーブが温まり、定常状態なったときの使用に適している。このように、粉炭の含有率が古紙の含有率より多い固形燃料は、火持ちが良く、炭は燃焼しても、タールや煤塵や水分が殆ど出さないので、例えば、夜間、ストーブにくべて、空気量を最小に調節しておくと、翌朝まで火を残すことができる。本発明においては、木のチップやおが屑等の木の廃材の粉砕物及びそれらからの粉炭を古紙及び粉炭に代えて使用することができる。

固形燃料に混合される炭の含有率を多くすると、火持ちが良く、燃料として好ましいが、古紙の繊維が無いと、固形燃料が崩れ易くなるので、本発明においては、古紙の繊維を２重量％以上の含有率で含有させて、固形燃料の成形強度を高くするのが好ましい。本発明において、古紙の含有率を多くすると、固形燃料は崩れ難くなるので、固形燃料の形状を維持する上で好ましい。また、本発明において、粉炭に比べて古紙の混合割合を多くすることにより、着火に優れ、比較的火力が強い固形燃料とすることができる。これに対して、古紙に比べて粉炭の混合割合を多くすると、比較的燃焼速度が遅く、長時間に亙って燃焼が可能な、火持ちの比較的の良い固形燃料とすることができる。いずれの場合においても、粉炭の粒度を、５ｍｍ乃至１０μｍの粒度、好ましくは、１ｍｍ乃至１０μｍの粒度とすると、成形強度を大きくすることができる。

水と古紙の比率は、古紙を容易に解砕できる比率であり、例えば古紙５重量部に対して水９５乃至１５０重量部の割合とすることができ、好ましくは、古紙５重量部に対して水１００乃至１３０重量部の割合とすることができる。
解砕された古紙のスラリーに加える粉炭は、解砕された古紙と可及的に均一に混合することができるようにし、また、微細粒子の混入を避けて、固形燃料の燃焼時の粉塵の発生を少なくし、さらに、成形強度を大きくするために、その粒度は、５ｍｍ以下の粒度、即ち、開口５ｍｍのふるい下の粒度であるのが好ましく、より好ましくは、１０μｍ乃至５ｍｍの粒度であるのが好ましい。特に、粉炭の粒度を揃えて、１０μｍ位に細かくする方が、固形燃料の強度及び比重が大きくなり、燃料としての価値が大きくなるので好ましい。

新聞紙を、ダブルコーンクラッシャー等の２軸破砕機により１０ｍｍ以下の粒度に破砕した。充填比重は０．１であった。この破砕された古紙を、水１００重量部に対して古紙５重量部の比率で混合し、急速撹拌して、古紙の繊維を解砕した。古紙の繊維を解砕し終えた段階で、使用済み紙おむつを炭化して製造した粒度０．１ｍｍの粉炭を、古紙と同量、即ち５重量部加えて混合して、成形用混合物を作製した。この混合物を、底部が孔径４ｍｍの小孔を有するパンチングメタルで作製されている直径１００ｍｍの円形で高さ５０ｍｍの皿状容器に入れて、上部から蓋で加圧して、脱水成形した。この固形燃料用の成形体は、直径が１００ｍｍで、高さが３０ｍｍで、比重０．８５の平たい円板状体であった。この固形燃料用の成形物は、自然乾燥して、比重０．４２で含水率が１５重量％の固形燃料を得た。本例において、前記成形時に分離された水は、古紙パルプ及び粉炭の粒子を含んでおり、破砕された古紙に混合して古紙の解砕に再度使用された。
本例においては、底部が孔径４ｍｍの小孔を有するパンチングメタルで作製されている直径１００ｍｍの円形で高さ５０ｍｍの皿状容器に成形用混合物を入れて、上部から孔無しの蓋で加圧して、脱水成形して、固形燃料用の成形物を製造しているが、孔無しの蓋に代えて孔径４ｍｍの小孔を有するパンチングメタルで作製された蓋を使用することができ、また、皿状容器を孔無しに形成し、孔径４ｍｍの小孔を有するパンチングメタルで作製された蓋を使用することができる。何れの場合においても、蓋の背部を吸気ポンプに接続する吸気室に形成し、蓋の小孔から吸気して、成形用混合物を脱水して成形することができる。

前記例においては、水分含有率が９０重量％の成形用混合物を、孔径４ｍｍの水分離孔を有する圧縮成形型に入れ、圧縮して脱水しながら成形して、固形燃料用の成形体を形成しているが、この水分含有率が９０重量％の成形用混合物を、スクリーンコンベヤや連続式の真空回転濾過機等により脱水濃縮して、例えば、含水率３５重量％の成形用混合物とし、この含水率３５重量％の成形用混合物を、例えば、孔径５ｍｍで厚さ３０ｍｍの成形型を備えるスクリュー型の押出し成形器に入れ、スクリューにより押出し成形をして、５ｍｍ径で長さが３０ｍｍの円柱状の固形燃料用の成形物を製造した。この製造された古紙パルプ及び粉炭の粒子からなる円柱状の成形物は、自然乾燥して、含水率が１５重量％の固形燃料を得た。得られた固形燃料は、ペレットストーブやペレットボイラーに使用することができる。前記スクリーンコンベヤや連続式の真空回転濾過機等により脱水濃縮時に分離された水は、古紙パルプ及び粉炭の粒子を含んでおり、破砕された古紙に混合して古紙の解砕に使用された。

本発明の製造方法により製造された固形燃料は、粉塵爆発の危険を避けて、古紙を解砕し、古紙と粉炭とを容易に混合でき、且つ、乾燥して成形強度を大きくすることができるので、使用時に形が崩れることがなく、また、容積効率が高くなって、比較的嵩張らず、単位体積、単位重量あたりの熱量を増やすことができる。また、本発明の製造方法により製造された固形燃料は、ガス燃焼と固体燃焼とを組み合わせて燃焼するので、古紙と粉炭の混合割合を変えることにより、燃焼器の用途に応じた固形燃料を容易に製造することができる。したがって、本発明の製造方法によると、専ら焼却処理されていた、古紙を有効に活用でき、また、有機質廃材の炭化物の用途を拡大することができて、産業上有意義である。

Claims (6)

1. 古紙を破砕機により１０ｍｍ以下の粒度に破砕し、この古紙破砕物を水中で急速撹拌して、古紙繊維を解砕し、この古紙繊維の解砕スラリーに粉炭を混合して、水分含有率が９５乃至２５重量％の成形用混合物を形成し、この成形用混合物を加圧成形して、固形燃料となる成形物を形成し、乾燥することを特徴とする固形燃料の製造方法。
2. 成形用混合物を複数の水分離用の小孔が形成されている成形型に入れて、前記成形用混合物を加圧して脱水成形して、固形燃料となる成形体を形成することを特徴とする請求項１に記載の固形燃料の製造方法。
3. 成形用混合物を複数の水分離用の小孔が形成されている成形型に入れて、複数の水分離用の小孔が形成され又は小孔が形成されていない成形用押圧部材により、前記成形用混合物を加圧して脱水成形して、固形燃料となる成形体を形成することを特徴とする請求項１に記載の固形燃料の製造方法。
4. 成形用混合物を水分離用の小孔が形成されていない成形型に入れて、複数の水分離用の小孔が形成されている成形用押圧部材により、前記成形用混合物を加圧して脱水成形して、固形燃料となる成形体を形成することを特徴とする請求項１に記載の固形燃料の製造方法。
5. 成形用混合物を複数の押出成形用の小孔が形成されている成形型に入れて、成形用混合物を押出し成形して、固形燃料となる成形体を形成することを特徴とする請求項１に記載の固形燃料の製造方法。
6. 解繊された古紙繊維と粉炭を含有する成形用混合物は、解繊された古紙繊維１重量部に対して粉炭を０．０５乃至１０重量部含有するものであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の固形燃料の製造方法。