JP2010222203A - 樹脂系廃棄物の利用方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】廃プラスチック等の樹脂系廃棄物をセメント焼成用の燃料として利用しながら、セメント焼成工程において効率よくＮＯｘを低減する。
【解決手段】ポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を５０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルン４の窯尻部１４又は／及び仮焼炉３に投入し、ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の樹脂を９０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルン４の窯前バーナー４ａより吹き込む。ポリアミド系樹脂の燃焼によりアンモニアが発生し、ユリア樹脂の燃焼により尿素が発生し、アンモニア及び尿素は、８００〜１０００℃程度の燃焼ガスに混合させることで無触媒脱硝剤として機能するため、樹脂の種類によって利用位置を選定しない従来に比較して、無触媒脱硝剤としての尿素の消費量を削減することができる。
【選択図】図１
【解決手段】ポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を５０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルン４の窯尻部１４又は／及び仮焼炉３に投入し、ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の樹脂を９０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルン４の窯前バーナー４ａより吹き込む。ポリアミド系樹脂の燃焼によりアンモニアが発生し、ユリア樹脂の燃焼により尿素が発生し、アンモニア及び尿素は、８００〜１０００℃程度の燃焼ガスに混合させることで無触媒脱硝剤として機能するため、樹脂の種類によって利用位置を選定しない従来に比較して、無触媒脱硝剤としての尿素の消費量を削減することができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、樹脂系廃棄物の利用方法に関し、特に、樹脂系廃棄物をセメント焼成用の燃料として利用しながら、セメント焼成工程において効率よくＮＯｘを低減する方法に関する。
セメントキルンの排ガスには、焼成帯の高温域に起因する窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という）が含まれ、ＮＯｘの濃度が高い場合には、尿素やアンモニア等の脱硝剤を投入したり、仮焼炉における燃焼による還元作用によってＮＯｘ濃度を低減している。しかし、環境への関心の高まりや、ＮＯｘ規制の導入等により、より効率よくＮＯｘを低減する技術が望まれている。
そこで、特許文献１には、ＮＯｘを含む排気ガスに、廃プラスチック等の窒素を含有する可燃性廃棄物等を導入し、この可燃性廃棄物の酸化熱分解反応によって生成する水素化窒素によりＮＯｘを選択的還元反応させることで、アンモニアや尿素よりも安価で、下水汚泥又は焼酎廃液よりも多量に使用可能な上記可燃性廃棄物を脱硝剤として使用して排気ガス中のＮＯｘを低減する方法が開示されている。
また、特許文献２には、有機性廃棄物をガス化して還元性ガスを生成し、該還元性ガスをセメント焼成装置に投入してＮＯｘの還元剤として利用することで、尿素やアンモニア等の脱硝剤を用いることなく、廃プラスチック等の有機性廃棄物を利用しながら、還元性ガスとＮＯｘとの反応を迅速に行い、脱硝効率を向上させることが提案されている。
上述のように、従来、廃プラスチック等の廃棄物をセメント焼成工程において燃料、及びＮＯｘを低減するための還元剤としてとして利用することが提案されているが、種々の対策を講じても、実際のセメント製造装置においては、アンモニアや尿素等の高価な脱硝剤を添加せざるを得ないのが現状であり、改善の余地があった。
そこで、本発明は、廃プラスチック等の樹脂系廃棄物をセメント焼成用の燃料として利用しながら、セメント焼成工程においてより効率よくＮＯｘを低減することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、従来、セメント工場に受け入れた樹脂系廃棄物を、主にその大きさによる燃焼のし易さの観点からセメント製造装置における利用位置を選定していた現状を見直し、樹脂系廃棄物には、アンモニアや尿素を生ずるものがあることなどに着目し、樹脂系廃棄物の種類に基づいてセメント製造装置における利用位置を選定することにより、上記課題を解決することができることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は、樹脂系廃棄物の利用方法であって、ポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を５０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルンの窯尻部又は／及び仮焼炉に投入し、ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の樹脂を９０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルンの窯前バーナーより吹き込むことを特徴とする。
本発明によれば、ポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を５０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルンの窯尻部又は／及び仮焼炉に投入して燃焼させると、ポリアミド系樹脂からはアンモニアが発生し、ユリア樹脂からは尿素が発生する。これらアンモニア及び尿素は、８００〜１０００℃程度の燃焼ガスに混合させることで無触媒脱硝剤として機能するため、樹脂の種類によって利用位置を選定しない従来に比較して、無触媒脱硝剤としてのアンモニア及び尿素の消費量を削減することができる。
また、本発明は、樹脂系廃棄物の利用方法であって、受け入れた樹脂系廃棄物をポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を含む廃プラスチックと、ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の廃プラスチックとに分別し、分別したポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を５０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルンの窯尻部又は／及び仮焼炉に投入し、分別したポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の樹脂を９０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルンの窯前バーナーより吹き込むことを特徴とする。本発明によれば、受け入れた種々の樹脂系廃棄物から、ポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を含む廃プラスチックと、ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の廃プラスチックとに分別することで、樹脂系廃棄物毎にセメント製造装置における好適な位置で利用することができる。
上記樹脂系廃棄物の利用方法において、前記ポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を５０質量％以上含む廃プラスチックを破砕し、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に粒度調整してセメントキルンの窯尻部又は／及び仮焼炉に投入することができる。これにより、投入位置での廃プラスチックの分解速度を高め、無触媒脱硝反応の適正温度内でのアンモニア及び尿素放出量が増加し、より効果的にＮＯｘを低減することができる。
また、上記樹脂系廃棄物の利用方法において、前記ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の樹脂を９０質量％以上含む廃プラスチックを破砕し、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下に粒度調整してセメントキルンの窯前バーナーより吹き込むことができる。これにより、セメントキルン内での着地燃焼を防止しながら、燃料として効果的に利用することが可能となる。
以上のように、本発明によれば、廃プラスチック等の樹脂系廃棄物をセメント焼成用の燃料として利用しながら、セメント焼成工程においてより効率よくＮＯｘを低減することができる。
次に、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる方法を用いて樹脂系廃棄物を利用するセメント焼成装置の一例を示し、このセメント焼成装置１は、プレヒータ２と、仮焼炉３と、セメントキルン４と、クリンカクーラー５等からなる。
プレヒータ２は、仮焼炉３からの高温ガスによって原料を予熱するため、複数のサイクロン２ａ〜２ｄを多段に備え、各々のサイクロン間、３段目サイクロン２ｂと仮焼炉３との間及び最下段サイクロン２ａとセメントキルン４との間には、原料シュート７〜１１が設けられ、最上段サイクロン２ｄから排出された排ガスを系外に排出するための主排気風車６が配置される。
仮焼炉３は、プレヒータ２によって予熱された原料を仮焼するため、微粉炭を吹き込むバーナ３ａを備え、仮焼炉３には、クーラー抽気ダクト１２を介してクリンカクーラー５からの抽気が導入される。また、仮焼炉３は、ライジングダクト１３を介してセメントキルン４に接続される。
セメントキルン４は、仮焼炉３によって仮焼された原料を焼成してセメントクリンカーを生成するため、微粉炭を吹き込むバーナ４ａを備える。クリンカクーラー５は、上記のようにして焼成されたクリンカーを冷却するため、セメントキルン４の下流側に配置される。
上記セメント焼成装置１において、セメントキルン４の排ガスには、焼成帯の高温域に起因するＮＯｘが含まれ、ＮＯｘの濃度が高い場合には、尿素やアンモニア等の脱硝剤を投入したり、仮焼炉における燃焼による還元作用によってＮＯｘ濃度を低減している。
そこで、本発明では、ポリアミド系樹脂又はユリア樹脂、あるいはこれらの両方を含む廃棄物（以下、「ポリアミド系樹脂等を含む廃プラ」という）を窯尻部１４又は仮焼炉３、あるいはこれらの両方に投入する一方、ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂を含まないその他樹脂を含む廃棄物（以下、「その他の樹脂を含む廃プラ」という）を、セメントキルン４の窯前部１５よりバーナー用燃料として吹き込む。尚、窯尻部１４とは、セメントキルン４のうち、原料の流れ方向上流側の部位であり、窯前部１５とは、セメントキルン４のうち、原料の流れ方向下流側の部位であって、原料を焼成するためのバーナ４ａが設置される部位をいう。
具体的には、ポリアミド系樹脂等を５０質量％以上含む廃プラをバーナ３ａ、又は別途設けたバーナから仮焼炉３に吹き込んでもよく、窯尻部１４にノズル等を介して投入したり、開閉可能な投入口を窯尻部１４に設けて直接窯尻部１４内に投入することもできる。一方、その他の樹脂を含む廃プラは、セメントキルン４のバーナ４ａ又は別途設けたバーナからセメントキルン４内に吹き込むことができる。
表１は、各種有機材料を燃焼させた際に発生する燃焼ガスの組成を比で表したものであって、７００℃、空気量１００Ｌ／ｈｒで燃焼させた場合を示す（プラスチックマテリアルVol、Jan.1977に掲載）。
同表から、ナイロン６６、ポリアクリル酸アミド等のポリアミド系樹脂は、燃焼によりアンモニアを発生することが判る。また、尿素を原料とするユリア樹脂は、熱分解により尿素が生ずる。
そこで、上記ポリアミド系樹脂等を５０質量％以上含む廃プラを窯尻部１４等に投入することで、この廃プラが窯尻部１４及びその下流側において燃焼し、ポリアミド系樹脂からはアンモニアが発生し、ユリア樹脂からは尿素が発生する。これらを、窯尻部１４及びその下流側における８００〜１０００℃程度の領域でセメントキルン４の燃焼ガスに混合させることで、アンモニア及び尿素が無触媒脱硝剤として機能し、セメントキルン４の排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を低下させることができる。
一方、その他の樹脂を９０質量％以上含む廃プラは、無触媒脱硝剤として機能することがないため、セメントキルン４のバーナ４ａ等からセメントキルン４内に吹き込まれて１４５０℃に達する高温化で燃焼し、効率的に熱エネルギーを回収することができる。
上記ポリアミド系樹脂等を含む廃プラ及びその他の樹脂を含む廃プラを投入する前に、これらを予め破砕し、粒度調整することもできる。
ポリアミド系樹脂等を５０質量％以上含む廃プラは、破砕し粒度調整することで、分解速度が早くなり、無触媒脱硝反応の適正温度内でのアンモニア及び尿素放出量が増加し、効率的に無触媒脱硝剤として機能することができ、粒径を５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に調整して窯尻部１４等に投入することができる。粒径が５ｍｍ未満の場合には、破砕処理量が減少して動力源単位が増加するため好ましくなく、５０ｍｍを超えると分解速度が遅くなり、プレヒーター上部の無触媒脱硝反応の適正温度外にてアンモニア及び尿素を放出するため、反応効率が低下するという不具合がある。
また、その他の樹脂を９０質量％以上を含む廃プラは、破砕して粒度調整することで、燃焼速度が微粉炭並となり、粒径を３ｍｍ以上２０ｍｍ以下に調整することでセメントキルン４よりバーナー用主燃料として吹き込むことができる。粒径が３ｍｍ未満の場合には、破砕に要する動力が過大であるため好ましくなく、２０ｍｍを超えると、セメントキルン４内での着地燃焼によってセメントクリンカの色調に悪影響を及ぼす虞がある。
尚、セメント焼成装置１を備えたセメント工場には、多種の樹脂系廃棄物が搬入されるため、受け入れた樹脂系廃棄物をポリアミド系樹脂等を含む廃プラと、その他の樹脂を含む廃プラとに、赤外線分光法を用いて分別して用いることが好ましい。勿論、ポリアミド系樹脂等を含む廃プラと、その他の樹脂を含む廃プラとが混在せずにセメント工場に搬入される場合には、置場を別々に設けて管理すれば、容易に樹脂の種類に応じた利用が可能となる。
次に、本発明にかかる樹脂系廃棄物の利用方法の実施例として、セメント製造工場において、ポリアミド系樹脂等を含む廃プラと、ポリアミド以外の樹脂を含む廃プラを各々５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下、３５ｍｍ以上５０ｍｍ以下、５０ｍｍ以上に粒度調整後、これを（ロータリーフィーダにより計量し、ルーツブロアで圧送して）窯尻に連続的に投入した。投入量は２ｔ／ｈ、３ｔ／ｈ、４ｔ／ｈ、５ｔ／ｈとした。
脱硝剤投入前、脱硝剤として尿素を一定量投入後、及びポリアミド系樹脂等を含む廃プラ、ポリアミド以外の樹脂を含む廃プラ投入後の各々でプレヒーター出口のＮＯｘを測定した。ここで、脱硝剤（尿素）投入後のＮＯｘ濃度低減効果を１００として、各々のポリアミド系樹脂を含む廃プラとポリアミド以外の樹脂を含む廃プラのＮＯｘ濃度低減効果（脱硝効果）を比較した。尚、排ガスＮＯｘの測定は、ＪＩＳ−Ｂ−７９８２に基づく化学発光方式により行った。
以上のように、ポリアミド系樹脂等を含む廃プラを窯尻部（又は仮焼炉）に投入することで、樹脂の種類によって利用位置を選定しない従来に比較して、無媒脱硝効果が得られることが判る。また、粒度を小さく調整することにより、脱硝効果が向上することが判る。
１ セメント焼成装置
２ プレヒータ
２ａ 最下段サイクロン
２ｂ ３段目サイクロン
２ｃ ２段目サイクロン
２ｄ 最上段サイクロン
３ 仮焼炉
４ セメントキルン
４ａ バーナ
５ クリンカクーラー
６ 主排気風車
７〜１１ 原料シュート
１２ クーラー抽気ダクト
１３ ライジングダクト
１４ 窯尻部
１５ 窯前部
２ プレヒータ
２ａ 最下段サイクロン
２ｂ ３段目サイクロン
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２ｄ 最上段サイクロン
３ 仮焼炉
４ セメントキルン
４ａ バーナ
５ クリンカクーラー
６ 主排気風車
７〜１１ 原料シュート
１２ クーラー抽気ダクト
１３ ライジングダクト
１４ 窯尻部
１５ 窯前部
Claims (4)
- ポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を５０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルンの窯尻部又は／及び仮焼炉に投入し、ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の樹脂を９０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルンの窯前バーナーより吹き込むことを特徴とする樹脂系廃棄物の利用方法。
- 受け入れた樹脂系廃棄物をポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を含む廃プラスチックと、ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の廃プラスチックとに分別し、分別したポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を５０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルンの窯尻部又は／及び仮焼炉に投入し、分別したポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の樹脂を９０質量％以上含む廃プラスチックをセメントキルンの窯前バーナーより吹き込むことを特徴とする樹脂系廃棄物の利用方法。
- 前記ポリアミド系樹脂又は／及びユリア樹脂を５０質量％以上含む廃プラスチックを破砕し、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に粒度調整してセメントキルンの窯尻部又は／及び仮焼炉に投入することを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂系廃棄物の利用方法。
- 前記ポリアミド系樹脂及びユリア樹脂以外の樹脂を９０質量％以上含む廃プラスチックを破砕し、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下に粒度調整してセメントキルンの窯前バーナーより吹き込むことを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂系廃棄物の利用方法。
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