JP2018158320A

JP2018158320A - 造粒物の製造方法

Info

Publication number: JP2018158320A
Application number: JP2017058174A
Authority: JP
Inventors: 達哉海瀬; Tatsuya Kaise; 勝也木戸; Katsuya Kido
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP6686949B2

Abstract

【課題】より性状が均一な廃プラからなる造粒物を製造することを目的としている。【解決手段】円周方向に沿って複数の貫通孔５が配列したリング状ダイ２と、リング状ダイ２の内周側に配置されたローラ３とを有して、ダイ２の内側に投入された原料１０を磨り潰し及び圧縮押し出して造粒物とする造粒機１を有する。廃プラを含む原料１０を、連続して造粒機１まで搬送し造粒機１に投入する搬送手段と、搬送手段で搬送中の原料１０に対し散水可能な散水設備５０と、上記造粒機１の出口温度を取得する出口温度取得手段と、を備える。出口温度取得手段に基づく造粒機１の出口温度の温度変動ΔＴが５℃以下となるように、散水設備５０による散水量を上記の出口温度に応じて調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、廃プラスチックから代替原料に適した造粒物を製造する技術に関する。特に、生活や産業活動などで廃棄されたプラスチックである廃プラスチックを、還元材や燃料などとして再利用しやすく加工した、廃プラスチック製の造粒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、使用済みプラスチック（以下、廃プラとも呼ぶ）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。このように廃プラからなる粒状物を空気輸送して羽口から吹き込むことで、廃プラを、コークス代替品として有効にリサイクル利用することが可能である。また、廃プラの発生量は年々増加しており、より多量にリサイクル利用することが望まれている。また、高炉等で用いる場合は、製鉄コスト削減のためにも廃プラの利用率を高めることが望ましい。

一方で、廃プラは微粉炭等に比較して燃焼性が劣るという課題がある。これに対し、廃プラを多量に炉に吹きこんだ場合に良好なガス化を確実に起こすために、例えば、酸素を炉風に加える技術（特許文献１参照。）や、廃プラと微粉炭とを混合して炉に吹き込む技術（特許文献２参照。）が提案されている。また、炉のレースウエイ内における燃焼率を向上させるために、炉に吹き込むプラスチック粒状物の強度や粒径の制御が重要であることが知られている（特許文献３参照。）。ここで、レースウエイとは、高炉等の竪型炉において熱風を吹き込む羽口先に形成される燃焼空間であって、高温のガスが旋回している燃焼空間である。特許文献３によれば、プラスチック粒状物の強度がレースウエイ内において崩壊しない所定の圧縮強度以上となるように、粒径を所定の粒径以上にすることで燃焼率が向上するとされている。

さらに、廃プラから製造した造粒物は、貯留サイロから切り出す際の排出性や高炉に気送する際の流動性、搬送性が悪く、サイロの切出部や気送管系の途中で詰まりを生じやすいという問題もある（特許文献３参照）。発明者らの知見によれば、この原因としては、廃プラの造粒物の性状が不均一であることが大きな原因であると考えられる。特に、フィルム状の廃プラは、搬送性が悪く、閉塞した配管から検出されることが多い。さらに、発明者らが検討したところ、上記の廃プラの造粒物性状の不均一性は、造粒物製造において造粒機出口温度の変化が大きいことが、不均一性の一因であると考えられる。

特許第３２２４３９４号公報特開平８−７３９０９号公報特開２００１−２２０５８９号公報

本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、より性状が均一な廃プラからなる造粒物を製造することを目的としている。
ここで特許文献３には、サイロの切出部や気送管系の途中で詰まりを抑制するために、造粒機に投入する原料の水分付着量を５％以下とし、更に造粒機の出口温度を１００℃以上とするなどに設定することについて記載がある。しかし、特許文献３には、製造する造粒物の均一性を向上させること、特に造粒機の出口温度の変動を抑制して造粒物の均一性を向上させる点について記載が無い。

課題を解決するために、本発明の一態様は、円周方向に沿って複数の貫通孔が配列したリング状ダイと、リング状ダイの内周側に配置されたローラとを有し、上記リング状ダイ及び上記ローラによって、上記リング状ダイの内側に投入された原料を磨り潰し及び圧縮押し出しすることで造粒物とする造粒機を用いた造粒物の製造方法であって、廃プラスチックを含む原料を、連続して上記造粒機まで搬送し上記造粒機に投入する搬送手段と、上記搬送手段で搬送中の原料に対し散水可能な散水設備と、上記造粒機の出口温度を取得する出口温度取得手段と、を備え、上記出口温度取得手段に基づく上記造粒機の出口温度の温度変動が５℃以下となるように、上記散水設備による散水量を、上記出口温度に応じて調整することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、粒径が所定の粒径以上であり、且つより性状が均一な廃プラからなる造粒物を製造することが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係る造粒物製造の処理を説明する概念図である。造粒機出口温度と散水の関係を示す図であって、（ａ）が比較例の図であり、（ｂ）が実施例の図である。本実施例の履歴を示す図である。出口温度の温度変動ΔＴと嵩密度標準偏差（σ嵩密度）との関係を示す図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態の造粒物の製造方法は、図１に示すように、円周方向に沿って複数の貫通孔５が配列したリング状ダイ２と、リング状ダイ２の内周側に配置されたローラ３とを有し、リング状ダイ２及びローラ３によって、リング状ダイ２の内側に投入された原料１０を磨り潰し及び圧縮押し出しを行う、圧縮押し出し工程にて造粒物とする造粒機１を用いた造粒物の製造方法である。また、本実施形態の造粒物の製造方法は、廃プラを含む原料１０を乾燥する乾燥工程３０と、乾燥工程３０で乾燥された原料１０を、連続して上記の造粒機１まで搬送し造粒機１に投入する搬送手段と、搬送手段で搬送中の原料１０に対し散水可能な散水設備５０と、造粒機１の出口温度を取得する出口温度取得手段７０と、を備え、出口温度取得手段７０に基づく造粒機１の出口温度の温度変動ΔＴが５℃以下となるように、散水設備５０による散水量を、出口温度に応じて調整する。この調整は、例えば出口温度に基づくフィードバック制御にて行う。

本実施形態の造粒物の製造方法は、乾燥工程３０、散水工程（散水設備５０）、圧縮押し出し工程からなる造粒工程（造粒機１）、及び冷却工程６０を備える。
なお、回収された廃プラは、前処理工程２０において、除去・選別の処理が行われ、選別後の廃プラが、造粒物の原料１０として造粒物製造設備に投入される。また、前処理工程２０として、所定の大きさの粒径に廃プラを粉砕する処理が施されている。

（乾燥工程３０）
造粒物製造設備に投入された原料１０は、乾燥工程３０にて乾燥処理が施された後に、搬送手段である搬送コンベア４０に載せられて造粒機１に向けて連続的に搬送される。これによって、原料１０は連続的に造粒機１に投入される。
乾燥工程３０は、原料１０を加熱し気流を吹き付けて乾燥する処理を施して、原料１０の水分付着量を例えば５％以下に調整する工程である。例えば、原料１０を加熱した気流を吹き付けて乾燥させる。

乾燥処理が施された原料１０は、搬送コンベア４０で搬送されている間に、散水による冷却処理が施された後に、造粒機１のリング状ダイ２の内側に投入される。
ここで、圧縮押し出し工程における摩擦熱によってダイ２内の雰囲気温度が上昇することによる廃プラ原料１０の溶融を避けるため、本実施形態では散水にて冷却を行うが、乾燥工程３０の出口温度が高ければ、ダイ２内への投入熱量が上昇し、散水原単位の増加につながる。
これに対し、散水後のダイ２に投入前の原料１０の温度を４０℃以上５０℃未満となるように、乾燥工程３０の出口温度を設定することが好ましい。発明者らが確認したところ、４０℃未満では、原料水分が高く、リング状ダイ２での圧縮負荷電流が、不安定となりうまく圧縮できないそれがあった。このため、ダイ２に投入前の原料温度の最低温度を、４０℃と設定することが好ましい。

（散水工程）
散水設備５０は、搬送コンベア４０で搬送中の原料１０に向けて複数のノズルから水を噴出することで実現される。本実施形態では、連続散水方式を採用することで、散水されない原料１０が無いようにする。

（造粒工程）
造粒機１は、図１に示すように、円周方向に沿って複数の貫通孔５が配列したリング状ダイ２と、リング状ダイ２の内周側に配置された１又は２以上のローラ３とを有する。図１では、２つのローラ３を配した例である。造粒機１に投入される原料１０の粒度をＤとするとき、貫通孔５の直径ｄとの比Ｄ／ｄが１．２〜３．０の範囲であることが好ましい。
リング状ダイ２およびローラ３はそれぞれ軸回転し、リング状ダイ２の内周側に投入された原料１０は、リング状ダイ２の内周面とローラ３の周面との間で磨り潰されつつ、貫通孔５内に押し込まれることで圧縮される。そして、原料１０は、貫通孔５を通ってリング状ダイ２の外側に押し出される。このようにリング状ダイ２の外側に押し出された原料１０は、順次、カッター６によって、所定の長さに切断されることで、造粒物１００となる。

出口温度取得手段７０は、例えば放射温度計からなる。出口温度取得手段７０は、造粒機１の出口温度を検出し、検出温度を後述の温度制御部８０に出力する。出口温度取得手段７０による温度計測は、例えば貫通孔５におけるダイ外周側での温度を検出する。
ここで、上記の磨り潰し、圧縮押し出し工程における摩擦熱によって、原料１０は半溶融となり、造粒後に固化することで、造粒物の強度が高められ、崩壊しにくくなる。しかし、このことは、廃プラがダイ２内で溶融し貫通孔５を閉塞させることに繋がる。このため、本実施形態では、散水設備５０で原料１０を散水冷却することで、乾燥工程３０で温度上昇した原料１０の温度を下げてから、造粒機１に投入する。造粒機１の出口温度を１００℃以上１１０℃以下の範囲となるように、散水工程の散水量の範囲を初期設定する。

（冷却工程６０）
冷却工程６０は、造粒機１で製造した造粒物１００を急速冷却する。急速冷却は、造粒後、例えば、ペレットクーラによって造粒物を４０℃以下の温度まで冷却するようにする。これによって、製造した造粒物１００を急冷・固化させる。
上記のように造粒物製造設備で製造された廃プラからなる造粒物１００は、貯留され、適宜、例えば、高炉等の竪型炉に対し羽口から代替原料として吹き込む。すなわち、廃プラからなる粒状物を空気輸送して羽口から吹き込むことで、廃プラをコークス代替品として有効にリサイクル利用する。

（温度制御部８０）
また、本実施形態は温度制御部８０を備える。
温度制御部８０は、出口温度取得手段７０が検出した造粒機１の出口温度を入力し、１００℃以上１１０℃以下の範囲で設定した目標出口温度となるように、散水設備５０での散水量をフィードバック制御する。フィードバック制御は、例えばＰＩＤ制御にて実施する。
温度制御部８０は、例えば、今までの操業実績から、造粒機１の出口温度が１００℃以上１１０℃以下の範囲の所定出側目標温度になると推定される初期の散水量（単位時間当たりの散水量）を求めて、その初期の散水量となるように散水設備５０の散水量の初期値を設定しておく。そして、温度制御部８０は、予め設定した出側目標温度と実績出口温度との差分から散水量の変更量を演算し、その演算量を散水変更指令として散水設備５０に出力する。散水設備５０では、入力した散水変更指令によって散水量を変更する。

このように、造粒機１の出口温度の温度変動ΔＴが５℃以下となるように、散水設備５０による散水量を出口温度に応じて調整する。出口温度の温度変動ΔＴを３℃以下に抑えることが、より好ましい。
なお、温度制御部８０は、単純に、出口温度が所定量の勾配以上で上昇していると判定した場合に、散水量増加指令を出力し、出口温度が所定量の勾配以上で下降していると判定した場合に、散水量減少指令を出力するように制御しても良い。
ここで、散水設備５０による散水をバッチ処理によって間欠的に散水を行う場合に比べて、連続散水する場合には、トータルの散水量を抑えることが可能になる。

＜動作その他＞
本実施形態では、選別された廃プラからなる原料１０が、乾燥工程３０で乾燥された後、散水設備５０によって連続散水することで造粒機１に投入する原料１０を均一に冷却した後に、当該造粒機１に投入されて造粒物１００となる。
更に、本実施形態では、造粒機１の出口温度の変動を小さく抑えるために、造粒機１の出口温度に基づき連続散水の散水量をフィードバック制御することで、造粒機１の出口温度の変動を抑えることが出来る。この時、出口温度の温度変化が５℃以下、好ましくは３℃以下となるようにフィードバック制御などによって調整する。

ここで、発明者らの知見によれば、散水設備５０による散水冷却の方式を単純にバッチ方式とした場合、散水が掛かり低温で圧縮された強度の低い造粒物と、散水が掛からず高温で圧縮された強度の高い造粒物とが製造され、前者の造粒物が輸送中にフィルム状に崩壊し、配管詰りの要因となることが分かった。
このような、造粒物性状の不均一性に対し、本実施形態では、造粒機１の出口温度変動ΔＴを低減すべく、ＰＩＤ制御等による連続散水方式を採用し、被散水造粒物の有無による原料１０の不均一性を抑制し、且つ配管詰りの回数を低減させた。

また、連続散水方式とすることで、造粒機１の出口温度を１００℃以上に設定しても、後述の実施例から分かるように、バッチ方式に比べてトータルの散水量を抑えることが出来る。このため、本実施形態では、散水が掛けられる原料１０の温度低下が抑制されることから、原料１０に散水して造粒機１の出口温度を抑制しつつ、散水による原料１０の温度低下による強度低下を抑えることが出来る。この結果、製造された造粒物の品質が安定する。
ここで、出口温度を１００℃以上に設定して実際に確認したところ、バッチ方式では、散水ノズルの出力が６０Ｌ／ｍｉｎであったのに対し、連続散水方式とした場合には散水ノズルの出力が３０Ｌ／ｍｉｎとなり、少量の散水を連続で、かつ均一に原料１０に散布することで、出口温度を１００℃以上に調整できたことを確認している。

このように、本実施形態に基づき製造した廃プラからなる造粒物を高炉に使用した場合、プラスチック粒状物の強度をレースウエイ内において崩壊しない所定の圧縮強度以上にし、粒径を所定の粒径以上にすることで燃焼率が向上させ、且つ、廃プラの造粒物の貯留サイロから切り出す際の排出性や高炉に気送する際の流動性、搬送性が向上し、サイロの切出部や気送管系の途中で詰まりを抑制出来る。このように、安定した廃プラの吹き込みが可能となった。

同一の造粒設備において、散水設備５０による散水をバッチ方式で行う比較例の場合と、フィードバック制御しつつ散水を連続方式で行う本発明に基づく発明例の場合とについて実施した。
このとき、造粒機１の出口温度が１００℃以上１１０℃以下の範囲に収まるようにして散水した。
具体的には、比較例では、出口温度が１０７℃以上になったら散水を開始し、その後、出口温度が１０３℃になったら散水を停止するという条件で間欠的に散水した。

発明例では、出側目標温度を１０７℃に設定し、出側目標温度以上であって出口温度が上昇しているときには、散水量を増加させ、出側目標温度以上であって出口温度が下降している場合には、その散水量を減少させるという簡単なフィードバック制御を行った。
上記の各散水制御による造粒機１の出口温度の実績値の変化を図２に示す。図２（ａ）は比較例の場合であり、図２（ｂ）が実施例の場合である。
また、上記の各散水制御を長期にわたって採用した場合における、単重、嵩密度、散水原単位の各推移の履歴を図３に示す。この図３の推移は、前半が比較例の場合であり、途中から発明例に切り換えた場合を例示している。

図３から分かるように、造粒物の嵩密度が、比較例では０．３５９ｔ／ｍ^３であったのに対し、実施例では０．３７５ｔ／ｍ^３と上昇している。このように、実施例では、フィルム状の低密度造粒物の製造が抑制され、しっかりと表面が焼き固められた造粒物が増えたことが分かる。
また、散水原単位が比較例では２５Ｌ／ｔであったのに対し、実施例では１０Ｌ／ｔまで減少し、散水量自体も低減できていることが分かった。ここで、比較例のバッチ方式では、およそ２分の散水と６分の非散水の繰り返しとなっており、造粒物水分は、約０〜１０％の範囲で推移していたが、実施例では、造粒物水分が約０〜２％の範囲と水分変動値が縮小した。そして、図２から分かるように、比較例では、造粒機１の出口温度変動ΔＴは６℃であったが、実施例では２℃に抑えられて、性状が均一な造粒物が製造されていることが分かった。

更に、出口温度変動ΔＴを変化させて、出口温度変動ΔＴと造粒物の嵩密度との関係を求めてみた。その結果を図４に示す。なお図４では、嵩密度を嵩密度標準偏差（σ嵩密度）にて表している。造粒機１の出口平均温度が同じであれば嵩密度の相違は明確でなく、同じレベルに近いと推定されるが、図４から分かるように、出口温度変動ΔＴが大きいほど嵩密度のバラツキが大きくなり造粒物の性状が不均一となる。これに対し、本発明では出口温度変動ΔＴを５℃以下としたことにより嵩密度のバラツキを小さくすることができる。この結果造粒物の性状も安定させることができる。すなわち、本発明によれば、σ嵩密度が小さくなり造粒物の性状が安定する。

１造粒機
２リング状ダイ
３ローラ
５貫通孔
６カッター
１０原料
２０前処理工程
３０乾燥工程
４０搬送コンベア（搬送手段）
５０散水設備
６０冷却工程
７０出口温度取得手段
８０温度制御部
ΔＴ温度変動

Claims

円周方向に沿って複数の貫通孔が配列したリング状ダイと、リング状ダイの内周側に配置されたローラとを有し、上記リング状ダイ及び上記ローラによって、上記リング状ダイの内側に投入された原料を磨り潰し及び圧縮押し出しすることで造粒物とする造粒機を用いた造粒物の製造方法であって、
廃プラスチックを含む原料を、連続して上記造粒機まで搬送し上記造粒機に投入する搬送手段と、
上記搬送手段で搬送中の原料に対し散水可能な散水設備と、
上記造粒機の出口温度を取得する出口温度取得手段と、を備え、
上記出口温度取得手段に基づく上記造粒機の出口温度の温度変動が５℃以下となるように、上記散水設備による散水量を、上記出口温度に応じて調整することを特徴とする造粒物の製造方法。
上記散水設備による散水を連続散水とし、上記散水設備による散水量について、上記出口温度が増加していると判定すると散水量を増加し、上記出口温度が減少していると判定すると散水量を減少させることで、上記出口温度の温度変動を５℃以下とすることを特徴とする請求項１に記載した造粒物の製造方法。
上記出口温度を、１００℃以上１１０℃以下の範囲とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した造粒物の製造方法。
上記散水設備による散水の前工程として、原料を加熱・乾燥する乾燥工程を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した造粒物の製造方法。