JP2020117626A - 固形燃料及び固形燃料の識別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固形燃料のきめ細かな管理技術を提供する。【解決手段】ＳＴ０１で、着色剤３１と、破砕した廃プラスチック３２と、古紙３３を準備する。準備した着色剤３１と、廃プラスチック３２と、古紙３３を十分に撹拌し混合し（ＳＴ０２）、得られた混合物を破砕装置で破砕し（ＳＴ０３）、得られた破砕物を圧縮・整粒装置で圧縮・整粒し（ＳＴ０４）、固形燃料を得る。この固形燃料を色分けし、色毎に、Ａ種固形燃料、Ｂ種固形燃料、Ｃ種固形燃料、Ｄ種固形燃料に区別する。【効果】色分けすることで、燃焼装置が複数ある場合に燃焼装置に適合したＡ種〜Ｄ種固形燃料のいずれかを供給することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、古紙と廃プラスチックを主原料とする固形燃料に関する。

近年、微細なプラスチック粒（マイクロプラスチック）が生態系を脅かしていることが明らかになった。廃プラスチックの処理が急がれる。
廃プラスチックの処理技術は、幾つか提案されてきたが、中でも燃料として再利用する技術が実用に供されている（例えば、特許文献１（図１）参照）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図５は従来の固形燃料の斜視図であり、固形燃料１００は、破砕された廃プラスチック１０１と、２０〜３０重量％の古紙１０２とからなる。直径は約４０ｍｍで長さは３０〜１００ｍｍ程度である。

廃プラスチック１０１のみでは、発熱量が高くなりすぎて、ボイラーなどの燃焼装置を傷める。古紙１０２を混ぜることで、発熱量を適度に下げることができる。埋め立てや単純に焼却するよりは、廃プラスチック１０１及び古紙１０２の有効活用が図れる。

このような利点を有する固形燃料１００を、ボイラーに供給し、石油や天延ガスの消費量を抑えることができる。しかし、長く使い続けると、次に述べる問題点が浮上してきた。
複数基のボイラーにおいて、ボイラーの傷み具合が異なった。ボイラーに供給する固形燃料１００の一部を、ボイラー毎に且つ定期的にサンプル採取し、これを保管した。この保管していたサンプルを分析したところ、次のことが判明した。

傷みが少ないボイラーには、主に、発熱量が低く、塩素成分が少ない固形燃料１００が供給され、傷みが酷いボイラーには、主に、発熱量が高く、塩素成分が多い固形燃料１００が供給されていた。
すなわち、古紙１０２の含有量を２０重量％、残部を廃プラスチック１０１にすると、固形燃料１００の発熱量が上がる。また、廃プラスチック１０１の主体が、塩化ビニルに代表される塩素系プラスチックであると、塩素成分が多くなる。燃焼ガス中に塩素ガスが含まれ、この塩素ガスが金属を傷める。

従来は、大まかな発熱量と、大まかな塩素成分とが管理されるだけで、細かな管理はされてこなかった。
しかし、廃プラスチックの発生が急増し、これを利用する固形燃料の増産が求められる中、固形燃料のきめ細かな管理が望まれる。

特開平７−１１８６７３号公報

本発明は、固形燃料のきめ細かな管理技術を提供することを課題とする。

上述したボイラーの場合、塩素成分が少ない固形燃料１００を供給することで、傷みを少なくすることができる。しかし、塩素成分が少ない固形燃料１００だけを使用すると、塩素成分が多い固形燃料１００が残ってしまい、その対策が必要となる。

ところで、塩素ガス処理装置を備え燃焼装置は、塩素成分を多く含む固形燃料を燃やすことができる。また、耐熱対策を強化した燃焼装置は、高発熱量の固形燃料を燃やすことができる。

すなわち、本発明者らが調べたところ燃焼装置によっては、塩素ガスに強い装置と、塩素ガスに弱い装置とがあり、高発熱量の固形燃料で差し支えない装置と、高発熱量の固形燃料では支障がでる装置とが、存在することが分かった。
この知見から、固形燃料を色分けし、燃焼装置に適した色の固形燃料を供給することで、固形燃料を満遍なく使い切る見通しを得た。

すなわち、請求項１に係る発明は、古紙と廃プラスチックを主原料とする固形燃料であって、０．０５〜１．０重量％の着色剤が混入されていることを特徴とする。

なお、本発明において、重量％は、（着色剤の重さ／（古紙の重さ＋廃プラスチックの重さ＋着色剤の重さ））×１００の計算式で定義される。また、着色剤の重さは、着色剤が粉末などの固体である場合は固体の重さとし、着色剤が固体を溶剤に溶かした液状である場合は、溶剤を除いた固体の重さとする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の固形燃料であって、前記着色剤は、石油由来の原料を主成分とすることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、古紙と廃プラスチックを主原料とする固形燃料であって、着色されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、古紙と廃プラスチックを主原料とする固形燃料の識別方法であって、この固形燃料の発熱量と塩素含有率に応じて、前記固形燃料に着色を施し、この着色により前記固形燃料を識別することができるようにしたことを特徴とする。
着色の方法は、着色剤を主原料に混入することが好ましいが、固形燃料を塗装液に浸漬することや、塗装ガンで固形燃料に吹付けてもよい。

請求項５に係る発明は、請求項４記載の固形燃料の識別方法であって、前記発熱量は、７０００ｋｃａｌを閾値とすることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５記載の固形燃料の識別方法であって、前記塩素含有率は、０．３％を閾値とすることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、着色剤を混入することで着色した固形燃料が提供される。試作の結果、着色剤が０．０５重量％未満では、色が薄すぎた。
固形燃料は透明な樹脂袋に多数個を入れて運搬し、保管するが、着色剤が１．０重量％を超えると、樹脂袋の内面に着色剤が付着し、袋の汚れが目立つ。１．０重量％以下であればその心配はない。
よって、着色剤は０．０５〜１．０重量％範囲で、混入する。
色分けすることで、燃焼装置が複数ある場合に燃焼装置に適合した固形燃料を正しく供給することができる。

ただし、色分けの目的は任意であり、固形燃料の納入先毎に色分けすることや、発熱量や塩素含有量に応じて色分けすることが推奨される。

請求項２に係る発明では、着色剤は、石油由来の原料を主成分とする。石油由来であれば、着色剤を混入しても固形燃料の発熱量が下がる心配はない。

請求項３に係る発明では、固形燃料は、着色されている。着色されているため、識別や区分が容易になる。性質や用途が異なる複数種類の固形燃料が存在する場合に、性質や用途に応じて、固形燃料を個別に管理することができる。
また、廃物利用であるため、従来の固形燃料は外観上綺麗とは言えない。この点、本発明によれば、着色を施すため、若干ではあるが、外観性が向上する。

請求項４に係る発明では、固形燃料の発熱量と塩素含有率に応じて、固形燃料に着色を施し、この着色により固形燃料を識別する。
仮に、従来の固形燃料（非着色）を樹脂袋に入れ、この樹脂袋に識別表示をした場合、樹脂袋が破れて固形燃料（非着色）が飛散すると、種別ができなくなる。
この点、本発明によれば、固形燃料に識別用の着色が施されているため、固形燃料単位で識別が可能となる。
併せて、本発明により、きめ細かな固形燃料の管理が可能となる。

請求項５に係る発明では、発熱量は、７０００ｋｃａｌを閾値とする。７０００ｋｃａｌを超える固形燃料を、高発熱量の固形燃料で差し支えない装置へ供給し、７０００ｋｃａｌ以下の固形燃料を、高発熱量の固形燃料では支障がでる装置へ供給すればよい。

請求項６に係る発明では、塩素含有率は、０．３％を閾値とする。０．３％を超える塩素含有率の固形燃料を塩素ガスに強い装置へ供給し、０．３％以下の塩素含有率の固形燃料を塩素ガスに弱い装置へ供給すればよい。

本発明に係る固形燃料を製造するときに使用する破砕装置の原理図である。 本発明に係る固形燃料を製造するときに使用する圧縮・整粒装置の原理図である。 圧縮・整粒装置の作用図である。 固形燃料の製造フロー図である。 従来の固形燃料の斜視図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示すように、破砕装置１０は、上から投入した着色剤、廃プラスチック及び古紙の混合物１１を、プッシャ１２で回転刃１３へ押し出し、回転刃１３と固定刃１４とで切断し、８〜８０ｍｍの目のスクリーン１５を通して落下させ、コンベア１６で搬出する装置である。

なお、着色剤は、混合物１１に混入しないで、後述する圧縮・整粒装置２０の投入ダクト２２へ破砕物１７と共に投入してもよい。また、破砕装置１０の構成は一例を示したものであり、８〜８０ｍｍの破砕物１７が得られれば他の構造のものでも差し支えない。
スクリーン１５の目を変更することにより破砕物１７の大きさを変更することができる。

図２に示すように、圧縮・整粒装置２０は、破砕物１７を回転ドラム状のリングダイ２１に投入する投入ダクト２２と、リングダイ２１内に配置されリングダイ２１と共に回転するローラ２３、２４と、リングダイ２１に開けた多数のダイ孔２５と、リングダイ２１の外周に沿って配置したカッタ２６と、ケーシング２７とからなる。
投入ダクト２２を通じてリングダイ２１に投入した破砕物１７は、ローラ２３で強く圧縮され、ダイ孔２５へ進入する。以降の作用は、図３を用いて説明する。

図３では、便宜上、円筒状のリングダイ２１を平板状に記載した。
図３に示すように、ダイ孔２５に前の破砕物１７が残っており、そこへローラ２３で新たな破砕物１７が押し込まれる。この押し込みのときに、新たな破砕物１７はダイ孔２５により摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、破砕物１７に含まれる廃プラスチック（図４、符号３２）は、溶融しバインダー（接着剤）の役割を果たす。

ローラ２３で押されたことにより、リングダイ２１から成形物１７Ａが突出する。突出した成形物１７Ａは、カッタ２６で折り曲げるように切断され、一定の外径で一定の長さの固形燃料３０が得られる。

本発明に係る固形燃料の製造方法を、図４に基づいて説明する。
図４のＳＴ０１（ステップ０１）で、着色剤３１と、破砕した廃プラスチック３２及び古紙３３を準備する。なお、着色剤３１と、廃プラスチック３２と、古紙３３の発熱量や配合割合は、後述する表で説明する。

また、着色剤３１は、後述するＳＴ０４で混入してもよい。この場合は、ＳＴ０１では、破砕した廃プラスチック３２及び古紙３３を準備する。

着色剤３１は、顔料、染料、塗料、色インクの何れであってもよい。
着色剤３１は、鉱物の粉、炭の粉、植物由来、動物由来、石油由来の何れでもよい。石油由来であれば、石油並みの高い発熱が得られるため、固形燃料の一成分に相応しいと言える。
また、染料は、粉末状の固体染料の他、溶剤に染料を溶かした液状染料であってもよい。

準備した着色剤３１と、廃プラスチック３２と、古紙３３を十分に撹拌し混合し（ＳＴ０２）、得られた混合物を破砕装置（図１、符号１０）で破砕し（ＳＴ０３）、得られた破砕物を圧縮・整粒装置（図２、符号２０）で圧縮・整粒し（ＳＴ０４）、固形燃料を得る。この固形燃料を便宜上、Ａ種固形燃料、Ｂ種固形燃料、Ｃ種固形燃料、Ｄ種固形燃料と称し、これらの物性を、表１に示す。

Ａ種固形燃料は、低発熱量で、塩素成分が少ない。Ａ種固形燃料には、緑色を付すことにする
Ｂ種固形燃料は、低発熱量で、塩素成分が多い。Ｂ種固形燃料には、青色を付すことにする

Ｃ種固形燃料は、高発熱量で、塩素成分が少ない。Ｃ種固形燃料には、橙色を付すことにする
Ｄ種固形燃料は、高発熱量で、塩素成分が多い。Ｄ種固形燃料には、赤色を付すことにする

・Ａ種固形燃料の製造方法：
図４のＳＴ０１では、表２に示す原料を準備する。

着色剤は、石油由来の緑色原料を準備する。
廃プラスチックは、塩化ビニルを殆ど含まないものを準備する。
着色剤１．０重量％、廃プラスチック２０重量％、古紙７９重量％を準備し、図４のフローを実施することで、緑色で、４６８０ｋｃａｌ／ｋｇ（７０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下）で、塩素含有率が少ない固形燃料である、Ａ種固形燃料を得ることができる。

・Ｂ種固形燃料の製造方法：
図４のＳＴ０１では、表３に示す原料を準備する。

着色剤は、石油由来の青色原料を準備する。
廃プラスチックは、塩化ビニルを主とする。
着色剤１．０重量％、廃プラスチック２０重量％、古紙７９重量％を準備し、図４のフローを実施することで、青色で、４６８０ｋｃａｌ（７０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下）で、塩素含有率が多い固形燃料である、Ｂ種固形燃料を得ることができる。

・Ｃ種固形燃料の製造方法：
図４のＳＴ０１では、表４に示す原料を準備する。

着色剤は、石油由来の橙色原料を準備する。
廃プラスチックは、塩化ビニルを殆ど含まないものを準備する。
着色剤１．０重量％、廃プラスチック５０重量％、古紙４９重量％を準備し、図４のフローを実施することで、橙色で、７０８０ｋｃａｌ／ｋｇ（７０００ｋｃａｌ／ｋｇ超）で、塩素含有率が少ない固形燃料である、Ｃ種固形燃料を得ることができる。

・Ｄ種固形燃料の製造方法：
図４のＳＴ０１では、表５に示す原料を準備する。

着色剤は、石油由来の赤色原料を準備する。
廃プラスチックは、塩化ビニルを主とする。
着色剤１．０重量％、廃プラスチック５０重量％、古紙４９重量％を準備し、図４のフローを実施することで、赤色で、７０８０ｋｃａｌ／ｋｇ（７０００ｋｃａｌ／ｋｇ超）で、塩素含有率が多い固形燃料である、Ｄ種固形燃料を得ることができる。

図３で示した固形燃料３０は、外径が８ｍｍ、２０ｍｍ又は４０ｍｍの円柱物である。樹脂袋や紙袋に所定量を詰めで、運搬や保管に供する。袋に「Ａ種〜Ｄ種」と印字してあっても袋が破れて固形燃料３０が飛散することがある。
本発明によれば、Ａ種固形燃料には「緑」が着色され、Ｂ種固形燃料には「青」が着色され、Ｃ種固形燃料には「橙」が着色され、Ｄ種固形燃料には「赤」が着色されているため、固形燃料３０を誤って燃焼装置へ供給することがなくなる。

なお、固形燃料３０に着色する方法は、着色剤を主原料に混入する他、着色無しの固形燃料に塗装を吹付けたり、浸漬してもよい。
ただし、外表面に塗布したときには、擦れにより色が落ちることがある。この点、混入であれば、色が落ちる心配はない。混入であれば、固形燃料が割れても、切断面に色が現れる。
よって、着色方法は着色剤の混入が好適である。

尚、色は、実施例に限定するものではなく、白や黒であってもよい。
また、主原料（古紙と廃プラスチック）に、布、皮などの廃棄物を混ぜることは差し支えない。

また、請求項１に係る固形燃料３０に、０．０５〜１．０重量％の着色剤を混入したが、この混入割合は０．１〜０．５重量％にすることは更に好ましい。
０．１重量％以上であれば、色がより鮮明になり、識別がより容易になる。
主原料（古紙、廃プラスチック）は、極めて安価であるが、顔料等の着色剤は主原料に比較して高価である。
混入割合を０．５重量％以下にすることにより、コストアップを抑制することができる。よって、０．０５〜１．０重量％よりは、０．１〜０．５重量％がより好ましい。

また、請求項３に係る固形燃料３０は、全体的に着色剤を主原料（古紙及び廃プラスチック）に混入したものと、古紙及び廃プラスチックからなる円筒状の固形燃料に後から着色したものとの、何れであってもよい。この場合、着色剤の全体に占める割合は、０．０５〜１．０重量％が好ましいが、この範囲外であってもよい。
すなわち、識別可能であれば、０．０５重量％未満にすることは差し支えなく、外観性を高めることを目的とすれば１．０重量％を超えることは差し支えない。

本発明は、古紙と廃プラスチックを主原料とする固形燃料に好適である。

３０…固形燃料、３１…着色剤、３２…廃プラスチック、３３…古紙。

Claims (6)

1. 古紙と廃プラスチックを主原料とする固形燃料であって、
   ０．０５〜１．０重量％の着色剤が混入されていることを特徴とする固形燃料。
2. 請求項１記載の固形燃料であって、
   前記着色剤は、石油由来の原料を主成分とすることを特徴とする固形燃料。
3. 古紙と廃プラスチックを主原料とする固形燃料であって、
   着色されていることを特徴とする固形燃料。
4. 古紙と廃プラスチックを主原料とする固形燃料の識別方法であって、
   この固形燃料の発熱量と塩素含有率に応じて、前記固形燃料に着色を施し、この着色により前記固形燃料を識別することができるようにしたことを特徴とする固形燃料の識別方法。
5. 請求項４記載の固形燃料の識別方法であって、
   前記発熱量は、７０００ｋｃａｌを閾値とすることを特徴とする固形燃料の識別方法。
6. 請求項４又は請求項５記載の固形燃料の識別方法であって、
   前記塩素含有率は、０．３％を閾値とすることを特徴とする固形燃料の識別方法。

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