JP2016108460A

JP2016108460A - 燃料、燃料の製造方法及び炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法

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Publication number: JP2016108460A
Application number: JP2014247597A
Authority: JP
Inventors: 一坪　幸輝; Yukiteru Ichinotsubo; 幸輝一坪; 増田　賢太; Kenta Masuda; 賢太増田; 隆花田; Takashi Hanada; 隼一武田; Junichi Takeda
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-08
Also published as: JP6767088B2

Abstract

【課題】燃焼性の悪い炭素繊維を含む廃棄物を焼成炉等において有効利用する。【解決手段】炭素繊維含有廃棄物（ＷＣ）からなり、含有する炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下であることを特徴とする燃料。この燃料と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを揮発分が１０％以上となるように混合して燃料としてもよい。この燃料を、セメントキルン１１の窯前１１ａ、窯尻１１ｂ又は主バーナ１２の少なくとも一箇所からセメントキルンに投入してもよく、セメントキルン以外にも、他の焼成炉において焼成温度６００℃以上、酸素濃度１％以上で焼成することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、炭素繊維を含む廃棄物から燃料を製造する方法、及びその方法で製造された燃料、並びに炭素繊維含有廃棄物を燃焼処理する方法に関する。

従来、炭素繊維強化プラスチック等が廃棄された際に生じる炭素繊維含有廃棄物は、廃プラスチックに分類され、埋立処分や焼却・燃焼処理されていた。例えば、特許文献１には、炭素繊維を含む廃プラスチックを平均粒径が３ｍｍ以下になるように粉砕し、セメントキルンの内部温度が１２００℃以上である位置に供給して燃焼させる処理方法が記載されている。

また、特許文献２には、使用済み繊維強化プラスチック（以下「廃ＦＲＰ」という。）を破砕した後、セメント製造設備で熱源として利用することが記載されている。さらに、特許文献３には、塊状に破砕された廃ＦＲＰに石炭を同量以上混合し、この混合物を１ｍｍ以下に粉砕して混合粉末燃料を製造する技術が記載されている。

特開２００７−１３１４６３号公報特開平６−８２４７号公報特開２００２−２０７７２号公報

しかし、廃棄物中の炭素繊維は燃焼性が悪いため、上記特許文献に記載の技術を用いて炭素繊維含有廃棄物を燃料等として利用しても焼成炉等において有効利用することは困難であった。

そこで、本発明は、燃焼性の悪い炭素繊維を含む廃棄物を焼成炉等において有効利用することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究した結果、炭素繊維含有廃棄物中の炭素繊維の平均繊維長を５００μｍ以下とすることで、燃焼効率を向上させ、焼成炉等において有効利用することができる燃料を製造することができることを見い出した。

ここで、炭素繊維含有廃棄物とは、炭素繊維を用いた複合材料である炭素繊維強化プラスチックや炭素繊維強化炭素複合材料からなる航空・宇宙航空機、自動車、ゴルフクラブのシャフト等のスポーツ用品、建築材料、プラスチック製品、医療機器等の部品の廃棄物や、炭素繊維そのものを含む廃棄物をいう。尚、炭素繊維とは、アクリル繊維やピッチ等の原料を高温で炭化して得られた繊維であって、質量比で９０％以上が炭素で構成されるような繊維をいう。また、炭素繊維強化プラスチックとは、炭素繊維を織ってシート状にし、このシート状物に樹脂を含浸させた後、加熱して成形したものであり、炭素繊維強化炭素複合材料とは、炭素繊維強化プラスチックを熱処理して母材のプラスチックを炭化させたものであって、カーボンカーボン複合材料等と呼ばれるものである。

上記燃料と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを揮発分が１０％以上となるように混合して燃料としてもよい。

ＡＳＲ（Automobile Shredder Residue）は、自動車を破砕した際に生じる残さであって、使用済みの自動車からドア、エンジン、エアバッグ等を取り外し、破砕して有用金属を回収した後の残さである。ＲＤＦ（Refuse Derived Fuel）は、生ごみやプラスチックごみ等の廃棄物の発熱量を調整して得られた固形化燃料である。また、ＲＰＦ（Refuse Paper & Plastic Fuel）は、民間企業から分別された不純物の少ない産業廃棄から得られた高カロリーの固形化燃料である。

また、炭素繊維含有廃棄物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、前記炭素繊維含有廃棄物が含有する炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下となり、かつ全体の揮発分が１０％以上となるように混合粉砕して燃料とすることもできる。

さらに、本発明は、炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法であって、炭素繊維含有廃棄物を、含有する炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下となるように粉砕し、該粉砕物を焼成炉へ投入し、焼成温度６００℃以上、酸素濃度１％以上で焼成することを特徴とする。これにより、焼成炉において炭素繊維含有廃棄物を燃料として有効利用することができる。

前記粉砕物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、揮発分が１０％以上となるように混合し、該混合物を前記焼成炉へ投入してもよい。

さらに、炭素繊維含有廃棄物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、前記炭素繊維含有廃棄物が含有する炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下となり、かつ全体の揮発分が１０％以上となるように混合粉砕し、該混合粉砕物を前記焼成炉へ投入してもよい。

前記粉砕物、前記混合物又は前記混合粉砕物を、セメントキルンの窯前、窯尻又は主バーナの少なくとも一箇所から該セメントキルンに投入することができる。

以上のように、本発明によれば、燃焼性の悪い炭素繊維を含む廃棄物を焼成炉等において有効利用することができる。

本発明に係る炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法の第１実施形態を実施するためのシステムの全体構成図である。本発明に係る炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法の第２実施形態を実施するためのシステムの全体構成図である。本発明に係る方法で製造した燃料と微粉炭等の燃焼性を比較したグラフである。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法の第１実施形態を実施するためのシステムを示し、この処理システム１は、受け入れた炭素繊維含有廃棄物ＷＣを貯留するタンク２と、タンク２からの炭素繊維含有廃棄物ＷＣを段階的に破砕及び粉砕する二軸せん断破砕機４、カッターミル５及び縦型ミル６と、縦型ミル６からの粉砕物Ｐをセメント製造装置１０に投入する投入装置７とで構成される。

二軸せん断破砕機４は、２本の軸の各々に鋭利な回転刃が設けられ、処理対象物を噛み込んで破砕する装置である。二軸せん断破砕機４に代えて、一軸せん断破砕機、四軸せん断破砕機、ロールクラッシャー、インパクトクラッシャー等を用いてもよい。

カッターミル５は、ロータに装着されたカッタと、ケーシングに装着された固定刃とで、せん断力を利用して挟み切るように処理対象物を破砕する装置であって、衝撃力を受けても力を吸収したり、延びたりして細かく破砕することが困難な物を破砕するのに適する。カッターミル５に代えて、ロータリーミル、ハンマーミル等を用いてもよい。

縦型ミル６は、水平回転するテーブルと、テーブル凹部上面に沿うように取り付けられた複数のローラとを有し、テーブルとローラの間の処理対象物を粉砕する装置であって、粉砕された処理対象物はテーブルの外周方向に移動し、上昇気流でセパレータに運ばれて分級される。縦型ミル６に代えて、ボールミル、ディスクミル等を用いてもよい。

投入装置７には、スクリュー式、エゼクタ式の空気流動式のものや、ロータリフィーダ、スクリューフィーダ等が用いられる。

上記処理システム１によって得られた粉砕物Ｐを燃料として用いるセメント焼成装置１０は、セメント原料ＣＲを予熱するためサイクロンを多段に重ねたプレヒータ１６と、セメント原料ＣＲを仮焼する仮焼炉１５と、主バーナ１２等を備えてセメント原料ＣＲを焼成するセメントキルン（ロータリーキルン）１１と、セメントキルン１１から排出されたセメントクリンカを冷却するクリンカクーラ１３等で構成される。

次に、上記構成を有する処理システム１による炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法について説明する。

受け入れた炭素繊維含有廃棄物ＷＣをタンク２に一時的に貯留した後、二軸せん断破砕機４、カッターミル５及び縦型ミル６でこの順に、最終的に炭素繊維含有廃棄物ＷＣに含まれる炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下になるように粉砕する。

縦型ミル６からの粉砕物Ｐを、投入装置７を介してセメントキルン１１の窯前１１ａ、窯尻１１ｂに投入したり、主バーナ１２からセメントキルン１１内に投入して燃料として使用しセメント原料ＣＲを焼成する（図示例は、窯尻１１ｂに投入した場合を示している）。窯前１１ａ、窯尻１１ｂ、主バーナ１２のいずれか一箇所からセメントキルン１１に投入してもよく、複数箇所から投入してもよい。

尚、上記実施形態では、縦型ミル６からの粉砕物Ｐを投入装置７によってセメント製造装置１０に投入したが、縦型ミル６と投入装置７との間にタンクを設け、粉砕物Ｐを一旦タンクに貯留した後投入装置７でセメント製造装置１０に投入してもよい。

図２は、本発明に係る炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法の第２実施形態を実施するためのシステムを示し、この処理システム２１は、炭素繊維含有廃棄物ＷＣを貯留するタンク２に加え、受け入れた樹脂ＷＲを貯留するタンク３を備え、二軸せん断破砕機４、カッターミル５及び縦型ミル６によってタンク２、３からの炭素繊維含有廃棄物ＷＣ及び樹脂ＷＲを段階的に破砕及び粉砕する点が図１に示した処理システム１と異なり、他の構成は処理システム１と同じである。そこで、処理システム２１において、処理システム１と同様の構成要素は、処理システム１と同一の参照番号を付して説明を省略する。

上記構成を有する処理システム２１において、受け入れた炭素繊維含有廃棄物ＷＣと樹脂ＷＲとをタンク２、３に一時的に貯留した後、両者を二軸せん断破砕機４、カッターミル５及び縦型ミル６でこの順に、最終的に炭素繊維含有廃棄物ＷＣに含まれる炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下になるように混合粉砕する。また、混合粉砕物Ｍの揮発分が１０％以上となるように、二軸せん断破砕機４への炭素繊維含有廃棄物ＷＣ及び樹脂ＷＲの投入量を調節する。樹脂ＷＲには、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも使用することができる。

縦型ミル６からの混合粉砕物Ｍを、投入装置７を介してセメントキルン１１の窯前１１ａ、窯尻１１ｂに投入したり、主バーナ１２からセメントキルン１１内に投入して燃料として使用しセメント原料ＣＲを焼成する（図示例は、窯尻１１ｂに投入した場合を示している）。窯前１１ａ、窯尻１１ｂ、主バーナ１２のいずれか一箇所からセメントキルン１１に投入してもよく、複数箇所から投入してもよい。

尚、上記実施形態では、縦型ミル６からの混合粉砕物Ｍを投入装置７によってセメント製造装置１０に投入したが、縦型ミル６と投入装置７との間にタンクを設け、混合粉砕物Ｍを一旦タンクに貯留した後投入装置７でセメント製造装置１０に投入してもよい。

また、上記実施形態では、炭素繊維含有廃棄物ＷＣと樹脂ＷＲとを二軸せん断破砕機４、カッターミル５及び縦型ミル６で混合粉砕したが、炭素繊維含有廃棄物ＷＣのみをこれらの装置で粉砕し、炭素繊維含有廃棄物ＷＣに含まれる炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下にした後、粉砕物を樹脂ＷＲと混合して混合物の揮発分が１０％以上となるようにしてもよい。

次に、本発明に係る炭素繊維廃棄物の燃焼処理方法の試験例について説明する。

実施例１〜５として、炭素繊維そのものの粉砕物と、炭素繊維の粉砕物とＡＳＲ、石炭、樹脂（エポキシ樹脂）、廃プラスチック（以下「廃プラ」という。）、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉の各々の混合物と、比較例１、２として２種類の微粉炭の燃焼性を比較した。これらの性状は表１に示す通りである。これらを別々に１４００℃、酸素濃度７％の電気炉内で燃焼させた。

図３は、上記試験結果を示し、グラフの横軸は炉内での滞留時間を、縦軸は試料の燃焼後の未燃炭素率を示す。図３から分かるように、実施例１の炭素繊維の粉砕物でも燃料ととして使用できる程度の燃焼性を示し、ＡＳＲ等と混合した実施例２〜６では、さらに燃焼性が向上し、滞留時間が短いと微粉炭の燃焼性には及ばないが、滞留時間が０．８秒を超えると略々微粉炭並みに燃焼し、微粉炭代替燃料として十分使用でき、実施例７〜１２では、微粉炭と同等又は微粉炭以上の燃焼性を示すことが分かる。

尚、上記実施の形態においては、炭素繊維含有廃棄物ＷＣの粉砕物Ｐ、又は炭素繊維含有廃棄物ＷＣと樹脂ＷＲとの混合粉砕物Ｍをセメント焼成装置１０で燃焼処理（燃料として使用）する場合について説明したが、樹脂ＷＲ以外にも、ＡＳＲ、石炭、廃プラ、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上を使用することができる。

また、上記炭素繊維含有廃棄物ＷＣの粉砕物Ｐ、及び混合粉砕物Ｍ等は、セメント焼成炉以外にも、焼成温度が６００℃以上で、酸素濃度が１％以上の他の焼成炉に投入して燃料として使用することができ、焼成炉以外の装置においても燃料として使用することができる。

１、２１処理システム
２、３タンク
４二軸せん断破砕機
５カッターミル
６縦型ミル
７投入装置
１０セメント焼成装置
１１セメントキルン
１２主バーナ
１３クリンカクーラ
１５仮焼炉
１６プレヒータ
ＣＲセメント原料
Ｍ混合粉砕物
Ｐ粉砕物
ＷＣ炭素繊維含有廃棄物
ＷＲ樹脂

Claims

炭素繊維含有廃棄物からなり、含有する炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下であることを特徴とする燃料。
請求項１に記載の燃料と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上からなり、揮発分が１０％以上であることを特徴とする燃料。
炭素繊維含有廃棄物を、含有する炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下となるように粉砕することを特徴とする燃料の製造方法。
前記炭素繊維含有廃棄物の粉砕物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、揮発分が１０％以上となるように混合することを特徴とする請求項３に記載の燃料の製造方法。
炭素繊維含有廃棄物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、前記炭素繊維含有廃棄物が含有する炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下となり、かつ全体の揮発分が１０％以上となるように混合粉砕することを特徴とする燃料の製造方法。
炭素繊維含有廃棄物を、含有する炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下となるように粉砕し、該粉砕物を焼成炉へ投入し、焼成温度６００℃以上、酸素濃度１％以上で焼成することを特徴とする炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法。
前記粉砕物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、揮発分が１０％以上となるように混合し、該混合物を前記焼成炉へ投入することを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法。
炭素繊維含有廃棄物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、前記炭素繊維含有廃棄物が含有する炭素繊維の平均繊維長が５００μｍ以下となり、かつ全体の揮発分が１０％以上となるように混合粉砕し、該混合粉砕物を前記焼成炉へ投入することを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法。
前記粉砕物、前記混合物又は前記混合粉砕物を、セメントキルンの窯前、窯尻又は主バーナの少なくとも一箇所から該セメントキルンに投入することを特徴とする請求項６、７又は８に記載の炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法。