JP2019142734A - Ａｓｒの原燃料化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ）をセメントクリンカー製造時の原燃料とするに際して、微粉砕のための多大な労力をかけず、経済的かつ安定的に大量処理するための方法を提供する。【解決手段】プレヒーター、仮焼炉及びキルンを有するセメントクリンカー製造用ＮＳＰキルンを用い、自動車シュレッダーダストを、セメントクリンカー製造量１トン当たり３ｋｇ以上原料として使用するに際して、前記ＡＳＲを目開き１０ｃｍのフルイを全量通過、好ましくは５ｃｍのフルイ残分が５０質量％以下となる大きさになるまで破砕し仮焼炉上部から投入すると共に、仮焼炉と窯尻とを繋ぐ原料流路のスロート部における、窯尻側から仮焼炉側へ向かう気流の流速を１７．５ｍ／ｓ〜２５．０ｍ／ｓ以上とする。【選択図】 なし

Description

本発明は、自動車シュレッダーダスト＝Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｓｈｒｅｄｄｅｒ Ｒｅｓｉｄｕｅ（以下、ＡＳＲと略称する）に関する。

ＡＳＲとは、廃車となった自動車を、解体業者により、エンジンやエアーバッグなどの部品を取り除き、さらに破砕業者によって、大型シュレッダーにて破砕し、磁力・風力選別等により鉄、アルミ等の有用金属を回収した後の残渣のことである。ＡＳＲは、主に自動車の内装材を由来とするプラスチック類、ゴム類、布類、スポンジ類などの可燃物や、ガラス片といった無機系の不燃物との混合物である。

ＡＳＲのリサイクル技術としては、焼却処理時に発生する熱を排熱ボイラーにより回収するものや、非鉄精錬炉で燃料代替として利用することなどが挙げられるが、近年では、リサイクル率の高いセメント製造の原燃料としても積極的に利用されている。

セメント製造において、従来から可燃系廃棄物を焼却処理すると同時に残渣をセメント原料として利用する試みがなされており、セメント製造プラントのキルンバーナーやキルン入口側（窯尻）、仮焼炉などへ可燃系廃棄物の投入処理が行われている。主に小さなサイズの可燃系廃棄物については、燃焼性が良いことからキルンバーナーや仮焼炉に、大きなサイズの可燃系廃棄物については燃焼時間を充分に確保することができる窯尻からの投入処理がなされている。

しかし、ＡＳＲには様々な大きさ且つ燃焼性の異なる物質の混合物であることから、一つの場所からの投入では、安定的な処理が難しい。そこで、ＡＳＲを風力選別や篩選別などの分別工程により、燃焼し易いものと燃焼し難いものとに分け、さらには破砕することでサイズを小さくし、燃焼性を高めたものをキルンバーナーや仮焼炉から投入し、燃焼し難いものを窯尻から投入するなどの技術が提案されている(特許文献１、２参照)。

特開２０１０−１９４８６０号公報 特許第６２５７０９３号

前記のように分別や破砕工程を加えることで、燃焼し易いものと燃焼し難いものとに分け、燃焼し易いものをキルンバーナーや仮焼炉から、燃焼し難いものを窯尻へ投入することは燃焼効率を上げるという意味では効果があるが、分別や破砕工程にコストがかかるため、必ずしも経済的な手法とは言えない。特にキルンバーナーや仮焼炉から投入するためには、ＡＳＲを数１０ｍｍ程度のサイズまでに粉砕する必要があり、膨大なエネルギーを必要とする。もし、そのサイズまで破砕しない場合は、キルンバーナーのフレーム形成が不安定になったり、仮焼炉内壁に燃え切れずに残ったＡＳＲが溶着して固結になるなどの様々な問題が発生すると予想される。

そこで、本発明は、ＡＳＲを経済的かつ安定的に大量処理するためのＡＳＲの原燃料化方法を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、ＡＳＲの処理量が多い場合でも、特定の条件下で仮焼炉上部から落下させることにより、十分な焼成が可能となることを見出し、本発明を完成した。

即ち本発明は、ＡＳＲを、セメントクリンカー製造量１トン当たり３ｋｇ以上原料として使用するに際し、前記ＡＳＲを目開き１００ｍｍのフルイを全量通過する大きさにして仮焼炉上部から投入すると共に、仮焼炉と窯尻とを繋ぐ原料流路のスロート部における、窯尻側から仮焼炉側へ向かう気流の流速を１７．５ｍ／ｓ以上とすることで、ＡＳＲを経済的かつ安定的に処理できるセメントクリンカー原燃料化方法を見出した。

本発明によれば、ＡＳＲを分別・破砕といった処理を最低限の実施で、安定的に大量に処理することが可能となる。

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明の実施形態はこの限りではない。

本発明に係わるＡＳＲとは、廃車となった自動車から、エンジンやエアーバッグなど廃棄するために特別な処理を要する部品を取り除き、該自動車を大型シュレッダーで破砕し、さらに磁力選別や風力選別、手選別等により鉄、アルミ等といった有用金属を回収した後の残渣のことである。

このＡＳＲは、自動車の座席やダッシュボードなどの内装材を由来とするプラスチック類、ゴム類、布類、スポンジ類などの可燃物と、ガラス片や回収しきれずに残った金属類などの不燃物との混合物であり、可燃物が７〜９割、不燃物が１〜３割の構成である。燃焼させると約５，０００ｋｃａｌ／ｋｇの発熱量を有し、また、その灰分はＦｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａを主成分とすることから、セメントの主原料と同成分であり、セメントの原燃料として好適に用いることができる。

現在最も一般的であるニューサスペンションプレヒーター（ＮＳＰ：多段のプレヒーターに加え仮焼炉を有する）を備えたセメント製造用ロータリーキルンにおいて、可燃系廃棄物の投入処理を行う場所の候補として、ロータリーキルンのキルンバーナー、ロータリーキルン入口側（窯尻）、仮焼炉の主に三箇所がある。キルンバーナーで処理する場合は、燃焼しきれずに残るとそのまま製品として排出される恐れがあるため、確実に燃焼するように細かく破砕する必要がある。また、窯尻で処理を行うとすぐに原料粉の中にＡＳＲが埋没してしまい、空気との接触する効率が落ち、燃焼性が悪くなることが懸念される。

そこで本発明では、ＡＳＲを仮焼炉上部から投入する。ここで、仮焼炉からの投入を行った場合でも、ＡＳＲの量が多いと燃焼が不十分となってしまう。

そのため本発明では、処理するＡＳＲ量がセメントクリンカー製造量１トン当たり３ｋｇ以上である場合に、第一にＡＳＲを少なくとも目開き１０ｃｍのフルイを全量通過する大きさになるまで細かくする。好ましくは、さらに目開き５ｃｍのフルイを通過する量が５０％を超えるまで細かくする。細かいほど空気との接触がよく、また後述するスロート部に滞在する時間が長くなる傾向があり、燃焼性の点からは細かい方が好ましいが、その分、破砕に要するエネルギーやコストがかかる。一般的には、目開き５ｃｍのフルイ残存量が２０％程度あっても破砕は十分である。

破砕方法は特に限定されず、公知の方法を採用すればよい。具体的には、二軸回転せん断式破砕機、一軸回転せん断式破砕機、一軸回転衝撃式破砕機などが使用できる。破砕は一度に行う必要はなく、ある程度破砕されたならば、いったん分級（例えばフルイ）し、大粒径のものを再度破砕にかけるなどの手法を採用してもよい。

本発明において仮焼炉上部とは、仮焼炉の天井部、及び上端部（天井部）から３０％以内（仮焼炉出口から天井部までの距離を１００％とする）の部位をいう。

仮焼炉上部から投入することにより、投入から窯尻まで落下する間に空気と接触する時間を充分にとることができ、効率良く燃焼させることができる。さらには燃焼しきれずに残ったとしても、窯尻にて原料粉の中に埋没して燃焼性は落ちてしまうが、かなりの割合が既に燃焼しているため、残部程度であれば原料粉と共に窯尻からロータリーキルン内を通過していく間に完全に燃焼させることができる。ロータリーキルン内を通過していく間に残部を完全に燃焼させるために、ＡＳＲの量は、セメントクリンカー製造量１トン当たり２０ｋｇ以下とすることが好ましく、１５ｋｇ以下がより好ましい。

本発明では第二に、仮焼炉と窯尻とを繋ぐ原料流路のスロート部における、窯尻側から仮焼炉側へ向かう気流の流速を１７．５ｍ／ｓ以上とする。好ましくは１８．０ｍ／ｓ以上である。当該スロート部は断面積の一番狭い部分であり、よって窯尻側から仮焼炉側へ向かう気流の速度が最も早くなる部分となる。上限は特に限定されないが、２５．０ｍ／ｓ以下とすることが好ましく、２０．０ｍ／ｓ以下とすることがより好ましい。

なお当該気流の発生方法は特に限定されず、公知の方法によればよい。代表的には、最上段プレヒーター以降（原料の流れからみると川上側）の原料流路に吸引口を設け、ファン等で吸引する方法が挙げられる。

スロート部において、落下するＡＳＲと上昇気流は対向することになり、これによりＡＳＲが仮焼炉上部から窯尻に落下するまでの時間を充分に確保することができ、効率良く燃焼させることができる。

本発明において製造対象とするセメントクリンカーは特に限定されず、ＮＳＰキルンで製造でき、かつＡＳＲを原燃料として使用可能ないかなるセメントクリンカーでもよい。例えば、普通ポルトランドセメントクリンカー、早強ポルトランドセメントクリンカー、中庸熱ポルトランドセメントクリンカー、低熱ポルトランドセメントクリンカー等のポルトランドセメントクリンカーが挙げられる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

原料として用いたＡＳＲは、日本国内の自動車リサイクル業者から発生したものである。発熱量は、熱研式自動ボンベ熱量計により測定し、５，４４０ｋｃａｌ／ｋｇであった。

原料の一部を採取して、プラスチック・ゴミ類、布・スポンジ類、繊維くず、ガラス類、金属類に分別して、重量割合を測定したものが表１にあたる。

又、５０ｍｍ、１００ｍｍの篩を用いて、篩分けを行い、サイズ分布を測定した（表２）。これを前処理として、破砕機により破砕し、篩目１００ｍｍの篩で篩分けし、篩下をセメントクリンカーの原燃料として使用した。前処理後のサイズ分布も併せて表２に記す。

この前処理後のＡＳＲをセメント製造装置の仮焼炉上部から投入し、その時の石炭焚き量と、投入しない場合の石炭焚き量との差を石炭削減量として算出した。さらに石炭削減量÷ＡＳＲ投入量×１００＝石炭代替率として計算した。これらの数値をＡＳＲ燃焼による熱エネルギーが有効に利用できたかどうかの指標とした。代替率が高いほど、ＡＳＲは効率よく燃焼したと言える。石炭の発熱量は６，８００ｋｃａｌ／ｋｇであったことから、石炭代替率の最大値は理論上８０％となる。

なおＡＳＲのクリンカー製造量１トン当たりの使用量（ｋｇ）は、ＡＳＲ原単位として示す。

また、仮焼炉と窯尻部を繋ぐ原料流路のスロート部の流速は、プレヒーター通気ガス量を調整する吸引ファンの出力により調整した。

実施例１〜３では、仮焼炉と窯尻とを繋ぐ原料流路のスロート部の気流流速を１８．１ｍ／ｓとした状態で、ＡＳＲ原単位を３．８乃至１１．１として投入した。このときの石炭代替率は７２〜８０％であり、理論上の最大値８０％に達している、もしくはそれに近い値であることから、ＡＳＲが効率良く燃焼され、熱エネルギー源として有効に使用されたことを示している。

比較例１では、スロート部の気流流速が１６．９ｍ／ｓの状態で、ＡＳＲ原単位を４．０として投入したが、石炭代替率は１３％に留まった。これは仮焼炉内の気流流速が不十分なために、仮焼炉内でのＡＳＲの燃焼が進まないうちに窯尻側へと流れて行き、窯尻内の原料流に埋没してしまうことでプレヒーターへ熱エネルギー源として有効に働かなかったと考えられる。

一方、スロート部の気流流速は１７．３ｍ／ｓと本発明の範囲より低いが、ＡＳＲ原単位を１．８とした場合（参考例１）は、石炭代替率は最大値の８０％に達した。これは量が少量であったことから、仮焼炉内での燃焼が充分に進んだと推測される。

比較例２は、窯尻からＡＳＲ原単位を２．９として投入した場合であるが、少量にも関わらず石炭代替率は４０％あった。これは、前述したように窯尻内の原料流にＡＳＲが埋没してしまったために、熱エネルギー源のとして有効に働かなかったと考えられる。

以上から、ＡＳＲを粗破砕して、仮焼炉内の気流流速を充分に保った状態で、仮焼炉上部からＡＳＲを投入処理すれば、ＡＳＲを経済的且つ大量にセメントクリンカー原燃料として有効活用できた。

Claims (3)

1. プレヒーター、仮焼炉及びキルンを有するセメントクリンカー製造用ＮＳＰキルンを用い、自動車シュレッダーダスト（ＡＳＲ）を、セメントクリンカー製造量１トン当たり３ｋｇ以上原料として使用するに際し、
   前記ＡＳＲを目開き１０ｃｍのフルイを全量通過する大きさにして仮焼炉上部から投入すると共に、
   仮焼炉と窯尻とを繋ぐ原料流路のスロート部における、窯尻側から仮焼炉側へ向かう気流の流速を１７．５ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする、ＡＳＲのセメントクリンカー原燃料化方法。
2. ＡＳＲの使用量が、セメントクリンカー製造量１トン当たり２０ｋｇ以下でる請求項１記載のＡＳＲのセメントクリンカー原燃料化方法。
3. 前記スロート部における気流の流速を２５．０ｍ／ｓ以下とする請求項１又は２いずれか記載のＡＳＲのセメントクリンカー原燃料化方法。