JP2019094487A

JP2019094487A - 廃プラスチックと有機系廃棄物の混合熱分解改質固形燃料の製造方法

Info

Publication number: JP2019094487A
Application number: JP2018215974A
Authority: JP
Inventors: 文雄塩川; Fumio Shiokawa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2019-06-20

Abstract

【課題】廃プラと有機系廃棄物の混合熱分解改質固形燃料・RSF(Reforming Solid fuel)の製造方法の提供。【解決手段】塩素成分を含有しない廃プラ類のみ、或いは廃プラと可燃性有機廃棄物（有機系廃棄物）を混合、熱分解することにより物質の持つ分子構造を改質した上で成形加工し、LPガス等の高品位ガスの発生やガソリンや灯油の軽質油、また、Ａ重油やＣ重油の重質油の原料及び石炭と同等以上の発熱量を持つ改質固形燃料（RSF：Reforming Solid Fuel）を製造する。【選択図】図１

Description

この発明は廃プラと有機系廃棄物の混合熱分解改質固形燃料・RSF(Reforming Solid fuel) の製造に関する。

容器包装に係る分別収集及び再商品化の促進等に係る法律（容器包装リサイクル法）が平成9 年制定、平成12年に完全施行された。
容器包装リサイクル法は、廃棄物の発生を抑制すると共に、廃棄物をリサイクルすることによって廃棄物の減量を図ることが重要となり、特に、一般廃棄物のうち容量で約60％、重量で約20％を占める容器包装廃棄物の処理が緊急の課題になってきた。一方で、企業の生産活動から排出される廃プラも増加の一途をたどり、行き場のない廃プラの、一日も早い再生利用技術の有効な手段が待たれるところである。

一般廃棄物に属する容器包装廃棄物には、事業活動や、生活活動から廃棄される再生利用に適さない、多くの不適固形廃プラが含まれている。これらのほとんどは、使用後、資源としての社会システムの整備されていない現状化においては、資源として再生利用されることなく、焼却または埋め立て処分されている。又、事業生産活動から排出される廃プラも、集荷や、移送、再生品製造に膨大な費用が嵩む事から再生品のコスト高を招き、経費削減の観点から多くの事業者もまた、焼却、埋め立て処分しているのが実状である。

このような状況の中、環境負荷の少ない資源循環型社会の構築を目指して、日常生活や事業生産から発生する全ての使用済み製品（商品）、及び残渣物を廃棄物として捉えることなく、資源として有価物を製造する技術の開発が進められている。

例えば、特許文献１には、主に家庭から排出された生活系ごみや公共下水処理場で発生する余剰汚泥等を原料として固形燃料を製造し、製造した固形燃料の一部を有機廃棄物を乾燥するための熱源として用いることにより、一般廃棄物に加えて有機廃棄物を含む都市型廃棄物を一括して処理し、廃棄物を有効にリサイクル熱源活用できる資源化処理システムが開示されている。
特許文献２には、下水汚泥等の有機性廃棄物及びRPF 製造原料から固形燃料を製造する方法として、有機性廃棄物に含まれる水分の含有率に基づいて、有機性廃棄物とRPF 製造原料との混合比を調整することにより悪臭を発生し難く、水と接触しても水を吸収し難く、堅崩れし難い固形燃料が得られることが開示されている。

特開2010-227779 号公報特開2014-037456 号公報特開2017-144415 号公報

特許文献１に記載の都市型廃棄物の資源化処理システムは、家庭から排出される可燃性の一般廃棄物や下水汚泥やし尿等の有機廃棄物を用いて固形燃料を製造する固形燃料施造ラインを有する。家庭から排出される一般廃棄物には、可燃物だけでなく不燃物が含まれていることもあることから、可燃廃棄物及び廃プラスチックを分別して原料としており、廃プラ等の不適正廃棄物が発生する。また、下水汚泥及びし尿等の有機廃棄物は、単に乾燥して固形燃料の原料としており、製造された固形燃料が型崩れし易いという問題がある。

特許文献２に記載の固形燃料の製造方法では、有機性廃棄物に含まれる水分を調整するだけで、型崩れし難い固形燃料が得られることが開示されている。
しかしながら、有機性廃棄物を原料とする固形燃料は、型崩れし難く、汚泥粒子を繋ぐバインダーが添加されることが多い。したがって、有機性廃棄物に含まれる水分を調整するだけで、如何なる有機性廃棄物であっても型崩れし難い固形燃料が得られるかは疑問である。特許文献２の「発明が解決しようとする課題」の欄には、有機性廃棄物が主として下水汚泥であることから、特許文献２に記載の発明は有機性廃棄物として下水汚泥を対象としていることが分かる。

特許文献３に記載の固形燃料の製造方法は、前述の特許文献１及び２の欠点を補うべく解決案が開示されており、その技術的解決策は以下に記すとおりである。文献１の欠点として、第一に、可燃性の一般廃棄物を原料として固形燃料を製造する際、廃プラ等の不適正可燃物を分別利用する必要性から、処理施設から新たな廃棄物の発生を指摘している。第二に、下水汚泥及びし尿等の有機廃棄物は、単に乾燥して固形燃料の原料としており、製造された固形燃料が型崩れし易いという問題があると指摘している。特許文献２においては、第一に、有機性廃棄物を原料とする固形燃料は、型崩れし難く、汚泥粒子を繋ぐバインダーが添加されることが多い。したがって、有機性廃棄物に含まれる水分を調整するだけで、如何なる有機性廃棄物であっても型崩れし難い固形燃料が得られるかは疑問である。

第二に、有機性廃棄物が主として下水汚泥であることから、特許文献２に記載の発明は有機性廃棄物として下水汚泥を対象としていることが分かる。要するに、処理対象物の範囲が特定された有機性廃棄物であることから、汎用性に欠けるとの指摘とも見て取れる。以上、特許文献１及び２の指摘課題を解決する新たな技術として、特許文献３では次のとおり解決策が開示されている。
特許文献１で指摘した、処理施設からの新たな廃プラ等の廃棄物の発生に対し、特許文献３においては、一般廃棄物に混在する廃プラに関しては、食品廃棄物を破砕、洗浄、分別する装置により前処理し、廃プラと食品廃棄物を分別処理した後、特許文献３で開示しているメタン発酵設備から発生する脱水乾燥された消化汚泥と混練り加熱（110 ℃〜160 ℃）、押出し成形した固形燃料を製造する。

特許文献２において、有機性廃棄物を原料とする固形燃料は、型崩れし難く、汚泥粒子を繋ぐバインダーが添加されることが多い。したがって、有機性廃棄物に含まれる水分を調整するだけで、如何なる有機性廃棄物であっても型崩れし難い固形燃料が得られるかは疑問である。この課題の解決策として特許文献３においては、固形燃料の原料である汚泥が多糖類を含有し、多糖類がバインダーの役割を果たすので、バインダーや固化剤で調整するという手間をかけずに、固形燃料を棒状の成形体としても型崩れし難いとしている。

前述のように、これまで一般及び産業廃棄物由来の廃プラや有機系廃棄物から固形燃料を製造する過程においては、特許文献１から特許文献３に至るまで、最終処理工程から出る処理残渣物や固形燃料を型崩れのし難くなるために新たな技術力を駆使して、その解決に努めていることを知ることが出来た。今回の発明においては、これまでの固形燃料製造に関して、最も技術力を注力してきた型崩れのし難い成形体や廃プラを有機系廃棄物と分別処理したのち固形燃料を製造する方法、また最終工程で、多糖類を含有した汚泥と混練り押出し成形することにより、より強固な成形体から成る固形燃料の製造方法と違い、塩素成分を持つ廃プラを除去した原料廃プラ類のみ或いは廃プラ類と可燃性有機廃棄物を同一装置において破砕、混合、攪拌、乾燥し、含水率を10％以下まで乾燥前処理した処理物を一次加工原料として、次段の装置において更に300 ℃から500 ℃まで加熱、溶解する熱分解反応装置により、物質の持つ分子構造を改質し、発熱量が高く、また高品位ガスの発生し易い、改質固形燃料・RSF の製造が可能になった。前述から分かるように、これまでのRDF やRPF また特許文献１から特許文献３までの新技術とは全く異なる、廃プラや有機性廃棄物の排出を施設内で封じ込めることの可能な、完全クローズドシステムの先駆け技術になると確信する。

前記のように、従来の固形燃料は特定の大型生産工場におけるエネルギー消費に利用されるのみであった。本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、廃プラと有機系廃棄物の混合熱分解改質固形燃料・RSF(Reforming Solid fuel) を製造可能とすることにより企業の規模如何にとらわれず、廃プラ排出事業者のみならず、地方自治体においても生活系廃プラから塩素系廃プラを家庭内で分別回収する方法が確立できるように整備された時、これまでの燃えるゴミが資源へと大きく変貌する先駆け技術となるよう期待するものである。

前記課題を解決するための手段は、（1 ）塩素成分を除去した廃プラと有機廃棄物を原料とし、同一装置内で破砕、混合、攪拌、乾燥までの装置（ここで、廃プラが食品由来の汚れたものや、有機廃棄物が可燃性で有害物を含有しないものであれば、土砂等が多少付着していても、洗浄、分別する必要はない。）と前段装置で処理された一時処理物を、次の装置に定量供給し、物質の持つ分子構造を改質するまでの温度（300 ℃から500 ℃）にて溶解、改質する熱分解改質装置、改質された最終生成物は、押出し成形装置により性状の完全に変化した成形体が改質固形燃料して取り出される。

次に、本発明を請求項ごとの個条書きで表現する。
請求項１は、廃プラスチックと有機系廃棄物を熱分解反応装置により熱分解した生成物を成形加工して改質固形燃料を製造する製造方法である。

請求項２は、使用する廃プラは塩素を含有した固形廃棄物を除き分別したものを原料とし、有機系廃棄物は可燃性の固形廃棄物を原料とする請求項１に記載の改質固形燃料の製造方法である。

請求項３は、前記廃プラ及び有機系廃棄物は、含水率が10％以下であることを特徴とする請求事項１に記載の改質固形燃料の製造方法である。

請求項４は、前記熱分解成形した改質固形燃料の発熱量は石炭同等以上の熱量(6,000kcl 〜8,000kcl) を発生することを特徴とする請求事項１に記載の改質固形燃料の製造方法である。

請求項５は、前記熱分解成形した改質固形燃料は代替LPガス発生の原料と成り得ることを特徴とする請求事項１に記載の改質固形燃料の製造方法である。

この発明に係る廃プラスチックと有機系廃棄物の混合熱分解改質固形燃料・RSF(Reforming Solid fuel) は、これまでの固形燃料技術として公開された、RDF やRPF 、廃棄物処理システム及び固形燃料の製造方法が、単に熱源利用を目的としているものに対し、今回の発明は熱源利用に留まらず、高品位ガスの発生原料や、軽質油及び重質油発生の燃料としても、搬送性、保管の安全性、そして何よりも、これまでゴミとして廃棄されていた、廃プラや有機性廃棄物を化石燃料の代替品として、再利用できるところを特筆しておきたい。

本発明に係る廃プラスチックと有機廃棄物の混合熱分解改質固形燃料・RSF （Reforming Solid Fuel）の一実施形態を示す工程図である。

次に本発明による廃プラスチックと有機系廃棄物の混合熱分解改質固形燃料の製造方法が実際上どのように具体化されるか実施形態を説明する。まず、図１に示すように、（１）塩素成分を除去した廃プラと有機廃棄物を原料とし、同一装置内で破砕、混合、攪拌、乾燥（温度＝100 ℃) までの装置（ここで、廃プラが食品由来の汚れたものや、有機廃棄物が可燃性で有害物を含有しないものであれば、土砂等が多少付着していても、洗浄、分別する必要はない。）と前装置で処理された一時処理物を、次の装置に定量供給し、物質の持つ分子構造を改質するまでの温度（300 ℃から500 ℃）にて溶解、改質する熱分解改質装置で改質された最終生成物は、押出し成形装置により性状の完全に変化した成形体が改質固形燃料して取り出される。

本発明で廃プラスチックと有機系廃棄物（以下、「原料」と略記する）に関し、具体的に原料の組成と熱分解過程における物質の改質状況について実施方法を挙げて説明する。最初に原料の一つであるポリエチレン（以下「PE」と略記する）について詳述する。
（１）熱分解して得られる生成分物は、ガス状生成物と液状生成分である。ガス状生成物はCH4,C2H6,C3H8 であり、他にC4H10 が微量に存在する。
液状生成物は主としてC5〜C13 のn-パラフィンとn-オレフィンである。
（２）液化温度は、熱媒体による熱供給の効果により異なり、比較的低温領域（400 ℃）で液化し、液化率が84wt% 、550 ℃では約45wt% であった。ガス状生成物に転化するガス化率は550 ℃で35wt% である。
（３）分解油の平均分子量は540 〜160 まで変化し分解温度550 ℃では160 で、平均分子量から見れば灯油に相当する油であるが、沸点範囲が広くガソリン、軽油分も含まれる。
以上の特性を基に、今回発明した「廃プラスチックと有機系廃棄物の混合熱分解改質固形燃料の製造方法」の実施形態を以下に順次記述する。

（１）原料を図１に示す前処理装置101 で破砕、混合、撹拌、乾燥（100 ℃程度：含水率10％以下、ここで、原料が食品由来の汚れたものや土砂等が多少付着しても、洗浄の必要性は無い）し次の装置へ移送する。
（２）ここでは、主に原料中に含まれる金属類はトロンメル（自動篩装置）102 に入る前に磁選機で分離除去される。又、トロンメル102 においては移送されてきた原料中20ｍｍ以下の有機質肥料の原料となる乾燥物は、有機質肥料製造装置106 （縦型撹拌方式及び自走式撹拌方式その他いずれの方式でもよい）に移送され、有機質肥料が製造される。残りの有機系固形可燃物原料は、定量供給装置103 に送られる。
（３）選別された原料は、定量供給装置103 に運ばれて、一定時間内で一定量の原料が次の装置104 に供給される。
（４）一定量の原料を熱分解反応装置104 へ受入れ、本装置において本発明の命題である作業工程が実施されることになる。まず、（ａ）熱分解反応装置104 （以下「装置104 」と略記する）の構造を説明すると、イ）横型スクリュー式連続送り出し方式ロ）加熱用熱源は、灯油バーナー方式、電気ヒーター方式、過熱蒸気方式の何れかを装置104 の処理能力に応じ選択する。
ハ）加熱温度範囲は、100 ℃〜600 ℃まで調節可能であること。ニ）スクリューの回転速度は0 〜60rpm の範囲で調節可能とする。ホ）装置104 の熱分解反応装置本体は、原料供給底部を頂点とした生成物排出口底部までの勾配率3 ％〜10％（３ｃｍ/m〜10ｃｍ/m）の傾斜角度にて設置する。
装置104 の処理工程の詳細をさらに記述すると、段落「0023」においては原料の一つであるPEについて述べたところであるが、本発明は原料として廃プラと有機系廃棄物を混合し熱分解反応により物質の素材の改質を目指したところに大きな発見があった。

これまで、廃プラより固形燃料（RPF ）を製造する方法については前述のとおりであるが、この方法だと熱源利用にしか使用できず、供給先も大口需要家のみであった。今回の発明においては、熱源利用の固形燃料に留まらず段落「0023」の（１）〜（３）の記述にもある通り、廃プラ（PE）を400 ℃で熱分解すると液状化することを利用し、これと有機系廃棄物を一定割合で混合撹拌すると同時に流動性を高めた上で、さらに傾斜角度を設定することにより生成物の流動性を促し、超短時間でエネルギー含有率の高い最終生成物（改質固形燃料）を製造する事が可能となる。この時のスクリュー回転速度は0.3m/min（回転数約60rpm ）に設定し、熱分解温度は有機系廃棄物の熱吸収率を勘案し、450 ℃から490 ℃に設定する。
装置104 で生産した最終生成物は、原料の配合比率（廃プラと有機系廃棄物の）により(1)ガス改質固形燃料(2)油化用改質固形燃料(3)石炭代替用改質固形燃料となり、最終工程の押出し成形機105 に送られ成形加工された製品となる。

我が国における廃プラや、有機性廃棄物の処理状況の現状は、焼却処分或いは埋め立て処分が主流を占め、戦後70年を経た今でも、廃棄物を資源とした社会システムの構築が成されていない状況下にある。その大きな要因は、企業の経済観念に基づいた、利益優先追及ともとれる生産活動や、国民の安易な大量消費、大量廃棄が厳然と示している。今回の発明が、この様な現状を、微力ながらも社会システムの一助に据えることが可能になる時、我が国のみならず、世界の化石燃料非生産国の生活向上に、少なからず寄与すると願うものである。

101 前処理装置：破砕・混合・攪拌・乾燥
102 トロンメル：自動篩装置
103 定量供給装置
104 熱分解反応装置
105 押出し成形機
106 有機質肥料製造装置

Claims

廃プラスチックと有機系廃棄物を熱分解反応装置により熱分解した生成物を成形加工して改質固形燃料を製造する製造方法。
使用する廃プラは塩素を含有した固形廃棄物を除き分別したものを原料とし、有機系廃棄物は可燃性の固形廃棄物を原料とする請求項１に記載の改質固形燃料の製造方法。
前記廃プラ及び有機系廃棄物は、含水率が10％以下であることを特徴とする請求事項１に記載の改質固形燃料の製造方法。
前記熱分解成形した改質固形燃料の発熱量は石炭同等以上の熱量を発生することを特徴とした請求事項１に記載の改質固形燃料の製造方法。
前記熱分解成形した改質固形燃料は代替LPガス発生燃料としての特徴を有し、請求事項１に記載の改質固形燃料の製造方法。