JP2017000962A

JP2017000962A - 廃トナー・カートリッジ類の油化処理方法

Info

Publication number: JP2017000962A
Application number: JP2015118071A
Authority: JP
Inventors: 孝清有馬; Takakiyo Arima; 義郎松林; Yoshiro Matsubayashi
Original assignee: KINKI PARTNERS Ltd
Current assignee: KINKI PARTNERS Ltd
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2017-01-05

Abstract

【目的】廃トナー・カートリッジ類の処理方法において、粉塵爆発の発生などの危険性をなくしたうえで自動運転処理を可能とし、尚且つ安全に良質な油分を回収可能な方法を提供すること。【構成】請求項１に記載の発明は、水槽に、廃トナーや使用済みカートリッジを収容した容器を漬け加熱する工程と、容器内被処理物を破砕する工程と、破砕された被処理物から金属を分別する工程と、金属が分別された被処理物を過熱水蒸気により加熱し気化させる工程と、気化された被処理物を冷却凝縮させ液体化させる工程と、液体化された被処理物を油水分離する工程とにより構成した。請求項２に記載の発明は、油水分離する工程に代え、あるいは油水分離する工程と共に、液化された被処理物を分散混合させ可溶化加水燃料を生成する工程を備えて構成した。請求項３に記載の発明は、加熱し気化させる工程が、常圧過熱水蒸気を用いてロータリーキルンで行われるよう構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザプリンタ、ファクシミリや複写機等の画像形成装置の廃トナーや使用済みカートリッジその他プラスチック類（以下廃トナー・カートリッジ類と呼ぶ）を処理するための方法に関する。

廃トナー・カートリッジ類はトナー粉、金属類やプラスチックから構成されており、その大半は焼却処分されている。

これら廃トナー・カートリッジ類を含む高分子廃棄物を熱分解し、熱分解ガスから油分を回収する油化処理プラントが、昨今の循環型社会の要請および省資源化の要請から多数提案されている。

特許文献１には、乾留熱分解で発生させた各熱分解ガスを油化処理するプラントが記載されている。

特許文献２には、外熱式ロータリーキルン炉を用いて混合物および混合廃棄物を過熱水蒸気により加熱処理し、その際に生成された固形物と油煙分を分離する手段を有するプラントが記載されている。

特開２０１０−２２２５４７号公報特開２００７−５４８１５号公報

本発明は、上記いずれの先行技術文献にも記載されておらず、廃トナー・カートリッジ類の処理方法において、粉塵爆発の発生などの危険性をなくしたうえで自動運転処理を可能とし、尚且つ安全に良質な油分を回収可能な方法、更に言えば、いわゆる乾留式ではなく、湿式システムにおいて常圧過熱蒸気により廃トナー・カートリッジ類を気化ガス化させた後、冷却して凝縮液化させて油分として回収するシステムであり、更に回収凝縮水の一部を可溶化加水燃料として、又はその他をＡ重油相当品として再利用することが可能なシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本考案の構成は以下の通りである。

（１) 請求項１に記載の発明は、水槽に、廃トナーや使用済みカートリッジを収容した容器を漬け加熱する工程と、容器内被処理物を破砕する工程と、破砕された被処理物から金属を分別する工程と、金属が分別された被処理物を過熱水蒸気により加熱し気化させる工程と、気化された被処理物を冷却凝縮させ液体化させる工程と、液体化された被処理物を油水分離する工程とにより構成した。

（２) 請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の廃トナー・カートリッジ類の油化処理方法において、油水分離する工程に代え、あるいは油水分離する工程と共に、液化された被処理物を分散混合させ可溶化加水燃料を生成する工程を備えて構成した。

（３) 請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の廃トナー・カートリッジ類の油化処理方法において、加熱し気化させる工程が、常圧過熱水蒸気を用いてロータリーキルンで行われるよう構成した。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の廃トナー・カートリッジ類の油化処理方法において、加熱し気化させる工程における加熱分解温度を４５０〜５００℃に構成した。

上記のように構成される本発明が、如何に作用して課題を解決するかを図１を参照しながら概説する。

本発明においてはまず、フレコンバッグ等に入って搬入された廃トナー・カートリッジ類を分別せずにそのまま直接に加熱水が入っている水槽に投入する（ステップＳ１）。これは、廃トナーを粉体のまま、燃焼させると、粉塵爆発する可能性がある。そこで加熱水槽により固形化処理するものである。また、粉塵の吸入に伴う作業員の健康被害を防ぐことも可能となる。

また、廃トナー等を常圧過熱水蒸気を用いて加熱気化させることから、ロータリーキルンの機密性が要求されず、高圧水蒸気雰囲気下、加熱気化させる場合のようなシール機構が不要であり、装置の簡略化が図れると共に、連続式の処理が可能となる。すなわち一連の処理をコンベア操作が可能となるものであり、破砕工程以下を全自動運転可能なシステムの提供が可能となるのである。

また、常圧過熱水蒸気は１００℃の飽和水蒸気や高圧過熱水蒸気と異なり、遠赤外線の放射性能を持つ熱放射性気体であり、熱輻射により効率的に被処理物の加熱が可能となる。

更には過熱水蒸気雰囲気下では酸素が遮断されており、熱分解により発生した油分成分が酸化により劣化することがない。

上記の通りロータリーキルン内では酸素が遮断されていることから、燃焼反応が行われることがなく、プラスチック分解反応においても有毒ガスの発生などの危険性を抑制できるものである。

本発明による油化処理方法を示すフローチャート

一、以下、好ましい発明の一実施形態につき、図面を参照しながら概説する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

二、ステップＳ１
フレコンバッグに収納されて搬入された廃トナー・カートリッジ類を分別せずにそのまま直接に加熱水が入っている水槽に投入する。容器内に収容された廃トナーが、容器を介して加熱された液体により加熱され、溶融固化される。このとき、廃トナーは容器に収容されているため、飛散することがない。

水槽内ではサイレンサー等を利用して常に槽内水温を均一とし、自動温調機器により９０〜９９℃に維持する。好ましくは常時９５℃以上に維持することが望ましい。

加熱方法は、槽内に設置した配管内に上記ボイラーから飽和水蒸気を供給することにより槽内の液体を加熱するものであることが望ましい。槽内に設置した配管内に蒸気を供給して槽内の液体を加熱することで、熱交換により効率良く槽内の液体を加熱することができる。また、熱源により直に液体を加熱しないので、槽内の液体を一定の温度に維持しやすいからである。この際、飽和水蒸気の圧力は1Ｍｐａ未満で問題なく、０．２〜０．４Ｍｐａが望ましい。これ以上の高圧にしても蒸気全熱は殆んど変わらず、昇圧してもボイラーに負荷を与えるか、余分な燃料を必要とするなどの不都合が生じるからである。

むろん加熱方法は上記方法に限定されるものではなく、水槽を電気ヒーター等により加熱しても構わない。

また、本工程で発生する溢水やフレコンバッグの持ち出し水は、合量させてボイラ給水や加熱水槽の補給水として再利用することも可能である。

三、ステップＳ２
ステップＳ１によりトナー粉を固化した廃トナー・カートリッジ類は、フレコンバッグより取り出し、破砕処理を行う。

廃トナー・カートリッジ類にはプラスチック、トナー粉、金属類などが含まれている。そのため、まず大きな金属類を取り除くため粗破砕を行い、被処理物に含まれる比較的大きな金属類を選別除去する。更に別途破砕機にて再度破砕させて、０．５〜１００ｍｍ程度より好ましくは５〜１０ｍｍ程度のプラスチック片とする。５〜１０ｍｍ程度が好ましい理由は、被処理物が細かすぎると飛散する可能性があるためである。

なお、上記のように二段階で破砕する方法を取らずに、一段階のみで破砕しても問題はない。

四、ステップＳ３
ステップＳ２において破砕機により破砕された被処理物は、目視によりあるいは磁選機を用いて金属類等を選別除去する。

五、ステップＳ４
ステップＳ３において選別され金属を除去された被処理物は、コンベア等で運搬され、ロータリーキルンに投入される。投入された被処理物は常圧過熱水蒸気により加熱され気化される。

加熱分解温度は１００〜６００℃を採用可能であるが、４５０〜５００℃が好ましい。なぜなら、概ねプラスチック類の熱分解点は４００℃程度であり、５００℃以上にしても格別効率が上がらずコストが上昇するのみであるからである。他方でロータリーキルン内の温度は厳密には均一ではなく、低設定温度に余裕を持たせるため４５０℃が下限として好ましい。

また、加熱分解時間は５〜６０分程度でよく、２０〜３０分がより好ましい。出願人のテストによればかかる時間でほぼ気化が完了し、それ以上の時間をかけても一日あたりの処理能力が低下してしまうからである。

常圧過熱水蒸気による加熱は、蒸気ボイラーにより発生する水蒸気を連設する過熱水蒸気発生装置に送り込み、バーナーなどの加熱熱源によってさらに加熱して発生した常圧過熱水蒸気を蒸気誘導管でロータリーキルンに誘導するものである。誘導された常圧過熱水蒸気雰囲気の中、加熱処理が行われるのである。

ここに常圧過熱水蒸気とは１００℃で蒸発した飽和水蒸気を常圧のまま加熱し、更に温度を高めたものであり、本発明においては上述の通り６００℃以下にまで加熱したものを使用する。

ロータリーキルン内での加熱分解反応においては若干の臭気が発生する。この臭気は脱臭機を用いて脱臭させた後、大気に放散させる。脱臭法としては活性炭等による吸着法、薬剤や微生物による分解脱臭法、電熱や燃焼機による加熱分解法などが有効であり、予想される放散臭気の状況によってはオゾン水による脱臭も考慮に入れて対応することが望ましい。

六、ステップＳ５
ステップＳ４において気化された被処理物は、ステップ５において冷却凝縮させ液体化される。

すなわち、プラスチックや廃トナーなどの有機化合物は、ステップ４においてロータリーキルン内で燃焼すること無く、過熱水蒸気によって熱分解、分離され、油煙分として排出される。この油煙分を配管を通して凝縮機である水冷コンデンサー内に導入する。

むろん、空冷式でも構わないが、小さな空間の中で大きな伝熱面積を得られるシェルアンドチューブ式の水冷式凝縮機などが好ましい。

なお、凝縮の際に凝縮水と共にわずかなトナー粉の未分解物が排出されることがあるが、これらはバキューム吸引させてバッグフィルターで捕捉処理することが望ましい。

七、ステップ６
ステップ５において冷却凝縮され液状となった油煙分は、凝縮水槽に一時的に貯留する。凝縮水量によっては、この工程は不要な場合も有り、直接ステップ８に示される油水分離工程に進んでもよい。

八、ステップ７
ステップ６において貯留された凝縮水は油水分離をせずに、そのまま元油と添加剤を利用して分散混合させ、元燃料とほぼ同一の可溶化加水燃料として蒸気ボイラ等に供給する。

可溶化加水燃料とは、いわゆるエマルジョン燃料といわれる乳化物ではなく、加える水分に機能性を与え、可溶化剤の作用で更に微細な可溶化構造型粒子とさせたもので、水を油に溶け込ませた状態としたものである。乳化物ではないので分離現象の恐れはない。

すなわち、Ｗ／Ｏ型で分離しない可溶化剤を使用し、且つ添加水の改質（ＯＲＰ値−５００ｍＶ〜−７００ｍＶ）を施すことにより、元油の色を保持し、静止状態でも長期間油水分離しなくなるものである。

また、可溶化加水燃料には高濃度の水素が含まれており、更に燃焼時には水性ガス反応も起こるので、元油に比べ燃焼温度の低下はない。当然大気温暖化、大気汚染低減化等に大きく寄与するものである。

なお、上記可溶化加水燃料製造に供されなかったステップ６における凝縮水は、ステップ８に示される湯水分離工程へ移送される
九ステップ８
ステップ６において凝縮水槽に貯留された被処理物、あるいはステップ５において液体化された被処理物は、配管を通して水分・油分分離手段内に導入され、連続自動的に油分と凝縮水分とに分離させる。

油水分利には自然重力による分離、循環加圧ポンプや空気を利用した加圧浮上による分離、電気分解で発生する気泡を利用した電解浮上による分離等があり、いずれの方法も採用可能である。

なお、電解浮上による油水分離法は、その他の方法に比べ油分浮上に必要とされる気泡が非常に微細であるため油水分離効率が高く、分離された油の品質が安定するため推奨される。

ここで得られた油分はＡ重油に相当する発熱量を保持していることから燃料油として、また水分は適切な処理を施すことでボイラ給水・注水として再利用可能である。

Claims

水槽に、廃トナーや使用済みカートリッジを収容した容器を漬け加熱する工程と、
容器内被処理物を破砕する工程と、
破砕された被処理物から金属を分別する工程と、
金属が分別された被処理物を過熱水蒸気により加熱し気化させる工程と、
気化された被処理物を冷却凝縮させ液体化させる工程と、
液体化された被処理物を油水分離する工程と、
により成る廃トナー・カートリッジ類の油化処理方法。
油水分離する工程に代え、あるいは油水分離する工程と共に、液化された被処理物を分散混合させ可溶化加水燃料を生成する工程を備える請求項１に記載の廃トナー・カートリッジ類の油化処理方法。
加熱し気化させる工程が、常圧過熱水蒸気を用いてロータリーキルンで行われる請求項１又は請求項２に記載の廃トナー・カートリッジ類の油化処理方法。
加熱し気化させる工程における加熱分解温度を４５０〜５００℃とした請求項１乃至請求項３いずれかに記載の廃トナー・カートリッジ類の油化処理方法。