JP2015189023A - 廃プラスチック粉砕物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱塩素処理の必要がない低塩素濃度の廃プラスチックを、高炉やスクラップ溶解炉等の竪型炉やセメントキルン炉等への吹き込み原料として利用するための廃プラスチック粉砕物とする廃プラスチック粉砕物の製造方法で、歩留りの低下を抑制し、且つ安定した操業が可能な廃プラスチック粉砕物の製造方法の提供。
【解決手段】予め磁選、風選等を用いて異物除去を行った後、廃プラスチック１を抽出機２００〜２５０℃の温度で加熱溶融２０した後に、冷却固化して固化体とし、該固化体を粉砕後２４，２６、篩い分け２７して廃プラスチック粉砕物を製造する方法において、前記篩い分け２７で発生した篩上及び篩下を分別し、前記篩上を高速で回転する複数の回転刃と複数の固定刃を有するせん断式粉砕機２９で再粉砕し、前記篩い分け２７した篩下と混合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物としてのプラスチック系廃棄物である廃プラスチックを高炉、スクラップ溶解炉等の竪型炉またはセメントキルン炉等への吹き込み原料等として利用するための、廃プラスチック粉砕物の製造方法に関する。

コークスや微粉炭の代替原料として利用するために、廃プラスチックを高炉等の竪型炉に羽口から吹き込む技術が知られている。廃プラスチックの粒状物を空気輸送して羽口から吹込むことで、廃プラスチックを代替原料として有効にリサイクル利用することが可能である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１によれば、高炉のレースウエイ内における反応率を向上させるために、高炉に吹き込む廃プラスチック粒状物の強度や粒径の制御が重要であり、粒径数ｍｍ程度の廃プラスチック粒状物が製造され、高炉への吹き込みが行なわれている。

一方で、廃プラスチックの反応率をより一層向上させるために、廃プラスチックを微粉化する方法がある。廃プラスチックを微粉化することで、炉内での反応性が向上し、廃プラスチックのリサイクル量を増やすことが可能となる。廃プラスチックを微粉化する技術として、廃プラスチックを押し出し機により加熱溶融後に冷却固化して固化体とし、該固化体を粉砕することを特徴とする廃プラスチックの処理方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載されている廃プラスチックの粉砕処理システムの一実施形態の概略図を図３に示す。廃プラスチック１は、予め磁選、風選等を用いた異物除去を行ない、プラスチック以外の異物を可能な限り除去した後に、第一の押し出し機２に投入する。第一の押し出し機２により廃プラスチック１を２００℃程度で加熱し、脱水しながら溶融混練する。第一の押し出し機２から押出された溶融廃プラスチックは、引き続いて第二の押し出し機３で３００℃以上、好ましくは３５０℃程度で加熱され、脱塩素処理を行いながら溶融混練される。第二の押し出し機３内での加熱により発生する塩化水素ガス等の発生ガスは、ベント部４を通じてガス処理系５に送られて、処理される。ガス処理系５においては、燃焼処理や、塩酸、タール回収等の処理を行うことができる。第二の押し出し機３からダイス６を用いて押出されたプラスチックは所定の長さに切断して水槽７により水中で冷却して固化させ、ペレット化する。製造したペレットを振動篩い８を用いて水切り後、第一の粉砕機９で粗粉砕して、粉砕物をホッパー１０に装入し、さらに第二のハンマー式の粉砕機１１で微粉砕する。このようにして得られた粉砕物を、既設の微粉炭吹込み装置等を用いて高炉１２に吹込み、炉吹込み原料とする。

特許文献２によれば、第二の押し出し機３を用いた廃プラスチックの溶融時に、３００℃以上の温度に加熱することで廃プラスチックの脱塩素処理を行なうことが可能であり、粉砕物の製造を連続的に熱効率良く行ない、大量の廃プラスチックを処理して微粉化することができる。一般的に高炉等の炉では断熱のために炉壁に耐火物が使用されており、原料に塩素が多く含まれていると耐火物の寿命低下の懸念があり、また炉から排出されるガスに含まれる塩素が多い場合にも、そのガス処理に費用が掛かるといった問題が生じるため、高炉で使用される原料としては塩素分を低減することが望まれており、廃プラスチックの処理過程において効果的に脱塩素処理できる特許文献２の方法は有効である。

特開２００１−２２０５８９号公報 特開２００９−７５６１号公報

しかしながら、近年発生する容器包装プラスチック等の廃プラスチックでは、塩素濃度が低下しており、高温で加熱溶融する脱塩素処理を行う必要がなくなってきた。そのため、エネルギー削減の観点から第二の押し出し機３による加熱溶融工程を省略して廃プラスチック粉砕物を製造することが検討されてきた。そしてこの場合に、第一の押し出し機２での加熱温度が２００℃前後と低いため、従来は第二の押し出し機３における脱塩素処理のための高温加熱で溶融・分解していた廃プラスチックおよび紙類が溶融・分解されずに未溶融の状態で粉砕機に供給されるという問題が生じるようになった。未溶融の廃プラスチックや紙類は、弾力を有し、繊維状の形態であるため、従来のハンマー式の微粉砕機で粉砕することが困難で、微粉とならずに残留する。このため、高炉での吹き込み原料とするためには上記の未溶融の廃プラスチックや紙類を系外に排出しなければならず、製品歩留りの低下を招いていた。また、上記の未溶融の廃プラスチックや紙類は粉砕されずに装置内を循環するため、微粉砕後の篩工程において振動篩の目詰まりを引き起こし、設備稼働停止の原因となるなど不安定な操業の要因となっていた。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、脱塩素処理の必要がない低塩素濃度の廃プラスチックを、高炉やスクラップ溶解炉等の竪型炉やセメントキルン炉等への吹き込み原料として利用するための廃プラスチック粉砕物とする廃プラスチック粉砕物の製造方法であって、歩留りの低下を抑制するとともに安定した操業が可能な廃プラスチック粉砕物の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、廃プラスチックを微粉砕して高炉への吹き込み原料とする従来技術において、脱塩素処理工程を省略した際に発生する未溶融物の実体や性状について詳細に観察し、該未溶融物を微粉に粉砕する方法を検討した結果、以下の要旨からなる発明を完成した。
（１）廃プラスチックを２００〜２５０℃の温度で加熱溶融した後に、冷却固化して固化体とし、該固化体を粉砕後、篩い分けして廃プラスチック粉砕物を製造する方法において、前記篩い分けで発生した篩上および篩下を分別し、前記篩上を高速で回転する複数の回転刃と複数の固定刃を有するせん断式粉砕機で再粉砕し、前記篩い分けした篩下と混合することを特徴とする廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（２）前記廃プラスチック粉砕物の粒径が２．０ｍｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
（３）前記プラスチック粉砕物を高炉への吹き込み原料とすることを特徴とする（１）または（２）に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。

本発明によれば、脱塩素処理の必要がない低塩素濃度の廃プラスチックを原料とした、高炉やスクラップ溶解炉等の竪型炉やセメントキルン炉等への吹き込み原料として利用するための廃プラスチック粉砕物を、脱塩素処理工程を省略した工程でも製品歩留りの低下がなく、安定した操業で製造できる。

本発明に係る廃プラスチックの粉砕処理システムの一実施形態を示す概略図である。 本発明に係るせん断式粉砕機の一例を模式的に示す図である。 特許文献２に記載されている廃プラスチックの粉砕処理システムの一実施形態を示す概略図である。

本発明に係る廃プラスチックの粉砕処理システムの一実施形態を図１に示す。
図１において、廃プラスチック１は、予め磁選、風選等を用いた異物除去を行ない、プラスチック以外の異物を可能な限り除去した後に、押し出し機２０に投入する。
本発明の対象とする廃プラスチック１とは、使用済みプラスチックであり、都市ゴミ、産業廃棄物、一般廃棄物などに含まれるプラスチックや容器包装材料、および電気製品、自動車等の解体の過程で発生するプラスチックなど、通常、複数種類のプラスチックの混合状態からなるものである。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートおよびナイロンやその他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などであり、上記プラスチックの内の複数のプラスチックで構成されている。

加熱処理すべき廃プラスチック１は、予め所定の形状に破砕処理することが望ましく、後述するダイス２１の異物による詰まりを防止するため、ダイス径以下に破砕することが望ましい。すなわち、廃プラスチック１の形状寸法は、粗く粉砕したものでよく、φ６ｍｍ×１５ｍｍ程度の大きさで十分である。一般的な廃プラスチックでは、回収されたままの状態では処理不可能であり、フィルム状、シート状、繊維状のプラスチックもそのままの形では処理できないため、粗粉砕による前処理が必要である。もちろん、細かく粉砕しても構わないがその分処理コストが高くなる。

次に、前記廃プラスチック１を押し出し機２０により２００℃程度の温度に加熱し、溶融混練する。蒸発した水分は押し出し機２０のシリンダーに適宜排気口を設けて除去すればよい。この際、加熱溶融と同時に混練を行なうことで、溶融廃プラスチックの粉砕性を向上させることができる。加熱溶融・混練により廃プラスチック中の異種プラスチックがお互いに混ざり合うが、これらは溶け合うことがほとんど無く、お互いの相互作用が無いため、固化後にはわずかな衝撃でバラバラになりやすく、かつ、各種のプラスチックの境界面が破壊の起点となるため、全体として耐衝撃性が失われる。加熱溶融・混練処理はバッチ式でも良いし、連続式でも良い。また、バッチ切り替え等の中間型でもかまわないが、連続式処理装置としては、シリンダー内に押し出しスクリューを有し、処理中の廃プラスチックを加熱しながらシリンダー内移送することで溶融混練する押し出し機が好ましく、混練性の観点から、２本以上のスクリューを有する二軸押し出し機がより好ましい。加熱温度は１８０〜２００℃で処理時間は２〜３分が好ましい。加熱温度が１５０℃未満では未溶融物が増加し、２２０℃を超えると塩素ガスが発生しメンテナンス費用が高騰する。また、処理時間が０．５分未満では、反応器内の温度制御が困難となると共に加熱溶融したプラスチックを十分混練することが困難であり、処理時間が３０時間を超えると処理効率が低下し経済的でない。

加熱溶融されたプラスチックは、溶融プラスチック搬送装置に供給され冷却固化される。冷却による除熱量は、加熱溶融処理後の溶融プラスチックの温度と該溶融プラスチックが十分に固化する温度との間のエンタルピー量と、固化処理速度から計算され、例えば容器包装廃プラスチックを含む場合、冷却後のプラスチックの中心部温度が１００℃弱になるように制御すれば十分である。連続式の加熱溶融処理装置を用いる場合、押し出し機２０からダイス２１を用いて押出された溶融プラスチックを所定の長さに切断して水槽２２により水中で冷却して固化させ、ペレット化する。

次に、上記の方法で処理されたプラスチック固化体（前記ペレット）を、第一の振動篩２３を用いて水切り後、第一の粉砕機２４で粗粉砕して、粉砕物をホッパー２５に装入する。前記プラスチック固化体の粉砕は、未処理の廃プラスチックの粉砕に比較して極めて容易に行うことができる。すなわち、本発明の方法で得られた前記プラスチック固化体は、あらゆるタイプの粉砕機で粉砕可能であり、粉砕機として、例えばジョークラッシャー、ロールクラッシャー、ボールミル、遠心ミル等のいずれも用いることができる。

さらに、粗粉砕された前記プラスチック固化体を第二の粉砕機２６で微粉砕する。このようにして得られた粉砕物を、第二の振動篩２７で篩い分けして廃プラスチック粉砕物として回収する。粉砕後の粒径は、プラスチック粉砕物の使用目的に応じて調整される。例えば、鉄鉱石などの鉱石還元剤、すなわち高炉など銑鉄を製造する竪型炉の還元剤などの原燃料や、ボイラ、キルンなどの燃焼用原料、キュポラの燃料、コークス炉の原料として使用するためには、粒径を２０．０ｍｍ以下とすることが好ましい。また、竪型炉の還元剤である、炉吹き込み原料として用いる際には、粒径２．０ｍｍ以下とすることが好ましい。

粉砕物の粒度調整を行う方法としてはジャイロシフター、円型振動篩、ユーラススクリーンなどを用いることができる。例えば、プラスチック固化体の粉砕物の粒度調整には円型振動篩を用いることが好ましい。円型振動篩では被処理物が中央から時計回りに拡散しながら篩い分けられることが特徴である。また、未溶融の廃プラスチックや紙類の粒度調整には、ユーラススクリーンを用いることが好ましい。この方式では被処理物が排出方向に向かって、飛び跳ねながら移動するとともに、網面積を大きく取れるため、大量処理に適している。

粒径２．０ｍｍ以下の篩下（微粉）を回収し、既設の微粉炭吹込み装置等を用いて高炉１２に吹込み、炉吹込み原料とする。
さらに、第二の振動篩２７において製品である微粉廃プラスチックと分離された篩上（未粉砕物）を、ユーラススクリーン２８で回収し、本発明に係る第三の粉砕機２９で再粉砕する。前記未粉砕物は、押し出し機２０の加熱温度が２００℃前後と低いため溶融することができなかった廃プラスチック及び紙類などの未溶融物である。該未溶融物は、弾力があり、または繊維状の形態となっているため、従来のハンマー式の微粉砕機では粉砕されずに残留してしまう。そこで、本発明では第三の粉砕機２９として高速で回転する複数の回転刃と複数の固定刃を有するせん断式粉砕機を採用した。本発明で採用したせん断式粉砕機の一例を図２に示す。該せん断式粉砕機はケーシング３０と図示しない側板とで形成される空間３５にシャフト３１に固定されて回転する回転刃３２とケーシング３０に固定される固定刃３３とを有している。回転刃３２と固定刃３３とは回転刃３２が回転したときに所定の間隔となるように設置され、ホッパー投入口３４から空間３５へ未溶融物が投入されると、回転刃３２と固定刃３３との間でせん断粉砕される。この場合、被処理材が繊維状の未溶融物であっても、回転刃３２と固定刃３３との間で繊維がせん断されるため、微粉砕が可能である。図２では回転刃が４段、固定刃が２段となっているが、それぞれ２段以上の複数段であれば十分にせん断機能が発揮できる。

また、ケーシング３０の下部には微細な開孔３６が設けられており、せん断により微粉砕された微粉砕物は開孔３６を通ってケーシング３０から排出される。開孔３６のサイズは、製品となる粉砕物の粒径に合わせて調整することができる。排出された微粉砕物は、搬送ブロアによって気送され、サイクロン式分級機で粗粒子分が回収された後、バグフィルター式集塵機で捕集されて製品槽に搬送される。

本発明に係る第三の粉砕機２９で粉砕された粉砕物は、本発明に係る第二の振動篩２７で回収された微粉と混合され、高炉吹き込み原料となる。

上述の廃プラスチックの粉砕処理システムで本発明に係る第三の粉砕機２９として粉砕機を用いて廃プラスチックの粉砕処理を実施した。該粉砕機には、粉砕機の排出口から搬送ブロアまで気送配管で接続されており、途中にサイクロン式分級機およびバグフィルター式集塵機が配置されており、バグフィルター式集塵機で捕集した微粒子分を高炉吹き込み原料として回収できる。

その結果、従来９０％程度であった製品化率が９９％と向上するとともに、第二の振動篩の目詰まり等のトラブルもなくなり安定した操業が可能となった。

１ 廃プラスチック
２ 第一の押し出し機
３ 第二の押し出し機
４ ベント部
５ ガス処理系
６ ダイス
７ 水槽
８ 振動篩い
９ 第一の粉砕機
１０ ホッパー
１１ 第二の粉砕機
１２ 高炉
２０ 押し出し機
２１ ダイス
２２ 水槽
２３ 第一の振動篩
２４ 本発明に係る第一の粉砕機
２５ ホッパー
２６ 本発明に係る第二の粉砕機
２７ 第二の振動篩
２８ ユーラススクリーン
２９ 本発明に係る第三の粉砕機
３０ ケーシング
３１ シャフト
３２ 回転刃
３３ 固定刃
３４ 投入口
３５ 空間
３６ 開孔

Claims (3)

1. 廃プラスチックを２００〜２５０℃の温度で加熱溶融した後に、冷却固化して固化体とし、該固化体を粉砕後、篩い分けして廃プラスチック粉砕物を製造する方法において、前記篩い分けで発生した篩上および篩下を分別し、前記篩上を高速で回転する複数の回転刃と複数の固定刃を有するせん断式粉砕機で再粉砕し、前記篩い分けした篩下と混合することを特徴とする廃プラスチック粉砕物の製造方法。
2. 前記廃プラスチック粉砕物の粒径が２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
3. 前記プラスチック粉砕物を高炉への吹き込み原料とすることを特徴とする請求項１または２に記載の廃プラスチック粉砕物の製造方法。
   

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