JP2020110937A - コークス原料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ランニングコストの増加やメンテナンス性の低下を招くことなく、廃プラスチックフラフから高密度のコークス原料を製造できるコークス原料の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】廃プラスチックフラフからコークス炉に投入するコークス原料を製造するコークス原料の製造方法において、廃プラスチックフラフを１５０〜２００℃へ一部溶融もしくは軟化するまで加熱し、４ＭＰａ以上に加圧して圧縮成形する。【選択図】なし
Description
本発明は、廃プラスチックフラフからコークス炉に投入するコークス原料を製造するコークス原料の製造方法に関する。
容器包装リサイクル法によって自治体より排出される廃プラスチックをコークス原料としてリサイクルする技術として、廃プラスチックを粗破砕・選別・二次破砕によりコークス原料化に適した成分及び形状のフラフとし、この廃プラスチックフラフを減容成形機により減容成形することで、コークス原料を製造する技術が知られている。この廃プラスチックフラフから得られたコークス原料は、コークス炉へ原料炭とともに投入するが、その投入量を増加するには高密度化が必要である。
従来、廃プラスチックフラフ（以下、単に「フラフ」ともいう。）から得られるコークス原料の高密度化を図るためには、特許文献１〜３に開示されている高密度減容成形機を使用していた。
従来、廃プラスチックフラフ（以下、単に「フラフ」ともいう。）から得られるコークス原料の高密度化を図るためには、特許文献１〜３に開示されている高密度減容成形機を使用していた。
図１は従来の高密度減容成形機の概略を示す図である。
この高密度減容成形機には、シリンダ５１内に混練部５２と.その両側に搬送部５３を備えたスクリュ５４が平行に二軸で配置され、フラフ供給口５５に供給されたフラフは、スクリュ５４の回転により移動しながらヒータによる加熱とフラフの自己摩擦熱により溶融もしくは軟化、混練されてノズル５６から押し出される。この高密度減容成形機には大気開放された第一ベント５７とシリンダ５１内で発生した水蒸気や揮発分が真空ポンプにより抜き取られる第二ベント５８が設けられている。押し出された混練物は回転刃５９により切断されてペレット状のコークス原料６０となる。
この高密度減容成形機には、シリンダ５１内に混練部５２と.その両側に搬送部５３を備えたスクリュ５４が平行に二軸で配置され、フラフ供給口５５に供給されたフラフは、スクリュ５４の回転により移動しながらヒータによる加熱とフラフの自己摩擦熱により溶融もしくは軟化、混練されてノズル５６から押し出される。この高密度減容成形機には大気開放された第一ベント５７とシリンダ５１内で発生した水蒸気や揮発分が真空ポンプにより抜き取られる第二ベント５８が設けられている。押し出された混練物は回転刃５９により切断されてペレット状のコークス原料６０となる。
このような高密度減容成形機を使用すれば、廃プラスチックフラフから、例えば見掛け密度が０．８〜０．９ｔ／ｍ３程度の高密度のコークス原料を製造することができる。そして、高密度化に比例してコークス炉への投入量を増加できる。しかし、このような高密度減容成形機においては、以下の理由から、設備的に高温、真空式脱気工程が必要となり、イニシャルコスト・ランニングコストが高く、またメンテナンス性が低下するという問題がある。
（１）高密度化するために、廃プラスチックフラフを２２０℃の高温かつ一部溶融もしくは軟化状態にして成形する必要がある。
（２）コークス原料の内部に空気が混入しないように成形し高密度化するため、原料に含まれる空気を抜く脱気工程が必要である。そして脱気をするためにはスクリュの形状を特殊形状にし、空気漏れがないようにする必要がある。また、この特殊形状のスクリュは上記（１）で説明したとおり高温で一部溶融もしくは軟化状態の廃プラスチックフラフを成形することから、その摩耗が激しくなり頻繁に交換する必要がある。このように特殊形状のスクリュを頻繁に交換するために、多大なコスト及び労力を要する。
（３）フラフには一般的にポリ塩化ビニルが含まれているため、２２０℃程度の高温まで加熱するとポリ塩化ビニルが熱分解し塩素ガスが発生する。そうすると、真空式脱気工程（真空ポンプ式）に塩素ガスが流れ込み、真空ポンプの劣化を招くとともに酸性化した封水の水処理が必要となる。また、塩素ガスはスクリュの摩耗を促進する。
（１）高密度化するために、廃プラスチックフラフを２２０℃の高温かつ一部溶融もしくは軟化状態にして成形する必要がある。
（２）コークス原料の内部に空気が混入しないように成形し高密度化するため、原料に含まれる空気を抜く脱気工程が必要である。そして脱気をするためにはスクリュの形状を特殊形状にし、空気漏れがないようにする必要がある。また、この特殊形状のスクリュは上記（１）で説明したとおり高温で一部溶融もしくは軟化状態の廃プラスチックフラフを成形することから、その摩耗が激しくなり頻繁に交換する必要がある。このように特殊形状のスクリュを頻繁に交換するために、多大なコスト及び労力を要する。
（３）フラフには一般的にポリ塩化ビニルが含まれているため、２２０℃程度の高温まで加熱するとポリ塩化ビニルが熱分解し塩素ガスが発生する。そうすると、真空式脱気工程（真空ポンプ式）に塩素ガスが流れ込み、真空ポンプの劣化を招くとともに酸性化した封水の水処理が必要となる。また、塩素ガスはスクリュの摩耗を促進する。
一方、脱気工程のない単純な２軸式減容成形機（例えば特許文献４参照）では、高温成形はできるものの、脱気工程がないため成形体の見掛密度は０．６ｔ／ｍ３程度が限界であり、高密度化が不十分であるという問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、ランニングコストの増加やメンテナンス性の低下を招くことなく、廃プラスチックフラフから高密度のコークス原料を製造できるコークス原料の製造方法及び製造装置を提供することにある。
本発明の一観点によれば、次のコークス原料の製造方法が提供される。
廃プラスチックフラフからコークス炉に投入するコークス原料を製造するコークス原料の製造方法において、
廃プラスチックフラフを１５０〜２００℃へ一部溶融もしくは軟化するまで加熱し、４ＭＰａ以上に加圧して圧縮成形することを特徴とするコークス原料の製造方法。
廃プラスチックフラフからコークス炉に投入するコークス原料を製造するコークス原料の製造方法において、
廃プラスチックフラフを１５０〜２００℃へ一部溶融もしくは軟化するまで加熱し、４ＭＰａ以上に加圧して圧縮成形することを特徴とするコークス原料の製造方法。
なお、廃プラスチックフラフには結晶融点ではなくガラス転移点を有するものも含まれるから「溶融もしくは軟化」としているが、以下の説明では「溶融もしくは軟化」を単に「溶融」という。
本発明によれば、廃プラスチックフラフを一部溶融するまで加熱し加圧することで、溶融した廃プラスチックフラフ内に存在する空隙を潰すことができるから、廃プラスチックフラフから高密度のコークス原料を製造することができる。しかも本発明の製造方法はフラフの加熱温度が１５０〜２００℃と従来の高密度減容成形機に比べ低温であり、かつ真空式脱気工程が不要であるから、ランニングコストの増加やメンテナンス性の低下を招くことはない。
そして本発明によれば、廃プラスチックフラフから高密度のコークス原料を製造することができるため、廃プラスチックフラフ由来のコークス原料のコークス炉への投入量を増加できる。
そして本発明によれば、廃プラスチックフラフから高密度のコークス原料を製造することができるため、廃プラスチックフラフ由来のコークス原料のコークス炉への投入量を増加できる。
本発明のコークス原料の製造方法は、廃プラスチックフラフからコークス炉に投入するコークス原料を製造するコークス原料の製造方法において、廃プラスチックフラフを１５０〜２００℃へ一部溶融するまで加熱し、４ＭＰａ以上に加圧して圧縮成形することを特徴とするものである。このように本発明では、廃プラスチックフラフを一部溶融するまで加熱し、加圧することで、加熱した廃プラスチックフラフ内に存在する空隙を潰すことができるから、廃プラスチックフラフから高密度のコークス原料を製造することができる。しかも本発明では、フラフの加熱温度が１５０〜２００℃と従来の高密度減容成形機に比べ低温であり、かつ真空式脱気工程が不要であるから、ランニングコストの増加やメンテナンス性の低下を招くことはない。すなわち本発明によれば、図１に示した高密度減容成形機のような複雑な構成の成形機を用いる必要がなくなるので、ランニングコストの増加やメンテナンス性の低下を招くことなく、廃プラスチックフラフから高密度のコークス原料を製造することができる。
このように本発明の製造方法において、廃プラスチックフラフを一部溶融するまで加熱する温度（以下「フラフの加熱温度」という。）は１５０〜２００℃とし、この一部溶融した廃プラスチックフラフを加圧して圧縮成形する圧力（以下「加圧圧力」という。）は４ＭＰａ以上とする。フラフの加熱温度を１５０℃以上とする理由及び加圧圧力を４ＭＰａ以上とする理由は以下のとおりである。
本発明者らは、本発明の製造方法においてフラフの加熱温度及び加圧圧力の影響を確認するために、その加熱温度及び加圧圧力を変えて圧縮成形試験を実施した。具体的には、フラフ（サイズ：φ３０ｍｍ以下、嵩密度：０．０５ｔ／ｍ３）を恒温槽内に入れて所定の加熱温度に加熱し、その後、フラフを恒温槽から取り出して直ちにプレス機にて圧縮成形した。なお、圧縮成形前にプレス機は内蔵されているヒータによって恒温槽内の温度とほぼ同じ温度に加熱した。
この圧縮成形試験の試験条件と試験結果を表１及び図２に示す。なお、表１及び図２において「フラフ温度」とは恒温槽内でのフラフの加熱温度のことであり、「圧力」とはプレス機で圧縮成形時にかけた圧力のことである。また、「見掛密度」とはこの圧縮成形で得られた成形物の見掛密度のことである。この成形物の見掛密度は、コークス原料としてコークス炉への投入量を増加する点から、０．７ｔ／ｍ３以上であることが好ましい。
また、図２には参考までに、図１に示した従来の高密度減容成形機による試験結果を併せて示している。
この圧縮成形試験の試験条件と試験結果を表１及び図２に示す。なお、表１及び図２において「フラフ温度」とは恒温槽内でのフラフの加熱温度のことであり、「圧力」とはプレス機で圧縮成形時にかけた圧力のことである。また、「見掛密度」とはこの圧縮成形で得られた成形物の見掛密度のことである。この成形物の見掛密度は、コークス原料としてコークス炉への投入量を増加する点から、０．７ｔ／ｍ３以上であることが好ましい。
また、図２には参考までに、図１に示した従来の高密度減容成形機による試験結果を併せて示している。
表１及び図２より、見掛密度が０．７ｔ／ｍ３以上のコークス原料を安定的に製造するには、フラフの加熱温度は１５０℃以上、加圧圧力は４ＭＰａ以上とする必要があることがわかる。
ここで、容器包装リサイクル法によって自治体より排出される廃プラスチックは、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタロール（ＰＥＴ）、場合によってはその他の廃プラスチック及びプラスチックでない異物（以下、単に「異物」という。）を含有し、その典型的な含有率と結晶融点又はガラス転移点は表２に示すとおりである。なお、表２では他のプラスチック及び異物を「他」と表記し、「ＰＥＴ、他」の欄における「結晶融点又はガラス転移点」はＰＥＴについて示している。
表２より、フラフの加熱温度を１５０℃以上にすれば、少なくともＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ及びＰＳが溶融してフラフは一部溶融状態となることがわかる。このようにフラフを一部溶融するまで加熱して加圧することで、加熱したフラフ内に存在する空隙を潰すことができるから、フラフから高密度のコークス原料を製造することができる。
なお、ＨＤＰＥの結晶融点が１４０℃前後のため、フラフの加熱温度は、１４０℃程度であっても、見掛密度が０．７ｔ／ｍ３以上のコークス原料を安定的に製造することが可能であると考えられる。
なお、ＨＤＰＥの結晶融点が１４０℃前後のため、フラフの加熱温度は、１４０℃程度であっても、見掛密度が０．７ｔ／ｍ３以上のコークス原料を安定的に製造することが可能であると考えられる。
一方、フラフの加熱温度を２００℃以下とすることが好ましい理由は以下のとおりである。
容器包装リサイクル法によって自治体より排出される廃プラスチックは前述のとおりポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含有するところ、このポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）の熱分解温度は約２００℃である、したがって、フラフの加熱温度が２００℃を超えるとポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）が熱分解して塩素ガスが発生する。この塩素ガスによる悪影響を避ける点から、フラフの加熱温度は２００℃以下とする。
容器包装リサイクル法によって自治体より排出される廃プラスチックは前述のとおりポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を含有するところ、このポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）の熱分解温度は約２００℃である、したがって、フラフの加熱温度が２００℃を超えるとポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）が熱分解して塩素ガスが発生する。この塩素ガスによる悪影響を避ける点から、フラフの加熱温度は２００℃以下とする。
なお、廃プラスチックはポリエチレンテレフタロール（ＰＥＴ）も含有するが、このＰＥＴの結晶融点又はガラス転移点は約２６０℃であるからフラフの加熱温度を２００℃としてもＰＥＴは溶融しない。ただし、本発明ではフラフの加熱温度を１５０〜２００℃とすることでフラフは一部溶融状態となるから、ＰＥＴはこの一部溶融状態のフラフ中に取り込まれてフラフ全体として圧縮成形される。すなわち、本発明によれば結晶融点又はガラス転移点の高いＰＥＴを他のプラスチックと合せて処理することができるという効果も得られる。溶融しないＰＥＴと同様に、異物も他のプラスチックと合せて処理できる。
５１ シリンダ
５２ 混練部
５３ 搬送部
５４ スクリュ
５５ フラフ供給口
５６ ノズル
５７ 第一ベント
５８ 第二ベント
５９ 回転刃
６０ コークス原料
５２ 混練部
５３ 搬送部
５４ スクリュ
５５ フラフ供給口
５６ ノズル
５７ 第一ベント
５８ 第二ベント
５９ 回転刃
６０ コークス原料
Claims (3)
- 廃プラスチックフラフからコークス炉に投入するコークス原料を製造するコークス原料の製造方法において、
廃プラスチックフラフを１５０〜２００℃へ一部溶融もしくは軟化するまで加熱し、４ＭＰａ以上に加圧して圧縮成形することを特徴とするコークス原料の製造方法。 - 廃プラスチックフラフは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン及びポリ塩化ビニルを含有する、請求項１記載のコークス原料の製造方法。
- 廃プラスチックフラフは、さらに、ポリエチレンテレフタレート、その他の廃プラスチック、及び／又はプラスチックでない異物を含有する、請求項２に記載のコークス原料の製造方法。
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