JP2022129483A - 廃プラスチックの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】竪型溶解炉を用いて熱硬化性の廃プラスチックを有効に処理することができる廃プラスチックの処理方法を提供する。【解決手段】竪型溶解炉で熱硬化性の廃プラスチックを処理するにあたり、廃プラスチックをまず押出成形機を使用して加熱、軟化、溶融させて減容廃プラスチックとし、次に、その減容廃プラスチックを破砕して破砕廃プラスチックとする。好ましくは、破砕廃プラスチックを竪型溶解炉の炉内に羽口から吹込むことにより、熱硬化性の廃プラスチックを竪型溶解炉にて処理する。【選択図】図１

Description

本発明は、竪型溶解炉とくにコークスを主たる熱源として溶銑を製造するような竪型溶解炉を用いる廃プラスチックの処理方法に関する。

近年、産業廃棄物や一般廃棄物としてプラスチック等の合成樹脂類が急増しており、これらの処理が大きな問題となっている。一方で、廃プラスチックの有効利用として、高炉やスクラップ溶解炉等の竪型炉あるいはセメントキルン炉等に、コークスや微粉炭の代替材料として吹き込む技術が知られている。例えば、廃プラスチックを粒状化して空気輸送により羽口から吹込み、廃プラスチックをコークス代替品として有効に利用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、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、廃プラスチック粒子の強度や粒径を制御し、粒径数ｍｍ程度の廃プラスチックが製造されている。

また、特許文献２には、廃プラスチックの燃焼率をより一層向上させるために、廃プラスチックをさらに細粒化する技術が開示されている。この技術によれば、廃プラスチックを２００～２５０℃の温度で加熱溶融した後に、冷却固化して固化体とし、該固化体を粉砕後、篩い分けすることで、粒径が２．０ｍｍ以下の微粒の廃プラスチックを製造している。

また、特許文献３には、廃プラスチック等の粉粒体の輸送において、貯蔵槽から取出して空気輸送配管に導入する場合に、気密供給装置(以下、「フィードタンク」という)から空気輸送配管への乗り移り部分に攪拌翼を設けることで、閉塞現象を起こさず、かつ少ない搬送用ガス量で、粉粒体の安定した空気輸送を実現しうる装置が開示されている。

特開２００１－２５４１１２号公報 特開２０１５－１８９０２３号公報 特開２００４－７５２４５号公報

近年、家電リサイクル法と略される特定家庭用機器再商品化法により、廃プラスチックについて規定があり、これらの有効利用は重要な課題となっている。中でも、冷蔵庫の断熱材として使用されている発泡ウレタンについては、その処理法について課題があった。それは、このウレタン樹脂は熱硬化性樹脂であり、溶融や溶媒による溶解が困難なためにケミカルリサイクルは一部に止まっており、焼却や埋立てで処分されている物も存在している。

また、特許文献１や特許文献２に代表される、竪型炉への廃プラスチックの吹込みや、その廃プラスチックの微粉砕方法は、容器包装プラスチックを想定されたプロセスであり、この技術をウレタン樹脂に適用することは困難である。その理由は、容器包装プラスチックの主たるものはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル樹脂であり、これらは、熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とでは、加熱による状態変化が異なり、また、状態変化が起きる温度も異なる。家電リサイクル法は容器包装リサイクル法よりも後にできた制度であり、家電リサイクル法により排出される廃プラスチックに対しては、従来とは異なる処理技術が必要である。

従来、主として容器包装プラスチックとして使われている熱可塑性樹脂は、これを小径化させるときに、破砕機を用いているが、このとき破砕機の刃とプラスチックの摩擦により熱が発生し、プラスチックが半溶融もしくは溶融してしまうために、一般的な破砕処理は向かない。従って、小径化するときは、リングダイ式ペレタイザーで直径４～１０ｍｍ程度、長さは２０ｍｍ程度の粒状に加工するのが普通である。

家電リサイクル法による処理において、断熱材としてウレタンの発泡材が使用されている冷蔵庫を解体し破砕機にて破砕処理した後、風力選別することで断熱材であるウレタンが回収される（廃棄ウレタン）。風力選別後の廃棄ウレタンは数ｍｍ程度であるが、比重が軽いためにこのままでは飛散しやすく、また、嵩密度も小さいために、輸送に不向きである。そのため、圧縮成形し減容ウレタンとなる。ウレタンは熱硬化性樹脂であり、熱可塑性樹脂である従来の容器包装プラスチックとは、特性が大きく異なり、この減容ウレタンは焼却や埋め立て処理されているのが実状である。

減容ウレタンの大きさや形状は様々であるが、一般的な減容化処理設備である押出成形機を使用すると、その大きさは２０から４０ｍｍ程度である。一方、高炉等の竪型炉の羽口の大きさは、竪型炉本体の大きさにも依存するが、一般的に１００～２００ｍｍ程度である。一般的な高炉では、羽口から微粉炭を吹き込むために、微粉炭吹込みランスを1本から２本配置しており、これらの内径は数十ｍｍ程度である。従来の容器包装プラスチックの吹込みにおいても、吹込みランスの大きさは微粉炭吹込みと同程の数十ｍｍ程度である。容器包装プラスチックの竪型炉への吹込みでは、廃プラスチックの大きさは数ｍｍ程度に加工しており、減容ウレタンのそのままの形状では数ｍｍから５０ｍｍ程度の大きさであり、大きすぎる。

また、廃棄ウレタンを羽口から吹き込み、大量にリサイクル処理するためには、廃棄ウレタンを炉内で効率よく確実にガス化させることが望ましく、短時間で完全にガス化・燃焼させることが重要である。これには、ガス化・燃焼には廃棄ウレタンに限らず、粒径を小さくすること、即ち、比表面積を大きくすることが有効である。

本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した課題を解消して、竪型溶解炉を用いて熱硬化性の廃プラスチックを有効に処理することができる廃プラスチックの処理方法を提供することにある。

そこで、上記廃プラスチックの処理方法について鋭意検討した結果、熱硬化性の廃プラスチックを押出成形により一度熱硬化させて、破砕することで、微粉化できることを見出し、本発明を開発するに至ったのである。

即ち、本発明は、竪型溶解炉で熱硬化性の廃プラスチックを処理するにあたり、廃プラスチックをまず押出成形機を使用して加熱、軟化、溶融させて減容廃プラスチックとし、次に、その減容廃プラスチックを破砕して破砕廃プラスチックとすることを特徴とする、廃プラスチックの処理方法である。

なお、前記のように構成される本発明に係る廃プラスチックの処理方法においては、
（１）破砕廃プラスチックを竪型溶解炉の炉内に羽口から吹込むことにより、熱硬化性の廃プラスチックを竪型溶解炉にて処理すること、
（２）破砕廃プラスチックは、その大きさが５ｍｍ以下であること、
（３）破砕廃プラスチックは、全て大きさが５ｍｍ以下であり、重量割合においてその９０％以上が２ｍｍ以下の粒径であること、
（４）廃プラスチックを押出成形する際、廃プラスチックを１００℃以上に加熱すること、
（５）破砕廃プラスチックを竪型溶解炉の羽口から吹込むに際し、粉体吹込み設備として、フィードタンク内に破砕廃プラスチックを貯蔵し、フィールドタンク内では気流によって破砕廃プラスチックを流動化させながら、機械式撹拌装置を用いずに、フィールドタンクから切り出し、羽口から吹込むこと、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。

本発明に係る廃プラスチックの処理方法によれば、熱硬化性の廃プラスチックを押出成形により加熱、軟化、溶融させた減容廃プラスチックとし、減容廃プラスチックを破砕し破砕廃プラスチックとし、その破砕廃プラスチックを竪型溶解炉の羽口から吹込むことにより、熱硬化性の廃プラスチックを竪型溶解炉で有効に処理することが可能となる。

本発明の廃プラスチックの処理方法の一例としてウレタン樹脂の処理方法を示すフローチャートである。 本発明の廃プラスチックの処理方法の一例としてのウレタン樹脂の処理方法における減容ウレタンの一例を示す図である。 本発明の廃プラスチックの処理方法の一例としてのウレタン樹脂の処理方法における減容ウレタン破砕後である破砕ウレタンの粒径分布を示す図である。

以下、本発明が対象とする熱硬化性の廃プラスチックの一例として、熱硬化性のウレタン樹脂を例にとって説明する。熱硬化性であれば、以下の説明はウレタン樹脂だけでなく他の廃プラスチックにも適用できる。

図１は、本発明に係る廃プラスチックの処理方法の一例としてのウレタン樹脂とくに廃棄ウレタンの処理方法を示すフローチャートである。図１に従って、ウレタン樹脂の処理方法を説明すると、初めに、処理すべきウレタン樹脂である廃棄ウレタン１を押出成形機２０に入れて、加熱、軟化、溶融させ、減容ウレタン２とする。具体的には、押出機成形機２０において、圧力をかけて３０ｍｍ程度のノズルから廃棄ウレタン１を押し出し、円筒形の減容ウレタン２を製造する。この時廃棄ウレタン１は、押出成形機本体での圧縮や成形時のノズル通過時のノズル壁面と廃棄ウレタンの摩擦熱により、１００℃以上に加熱される。この処理において、加熱温度が５０℃以下では、軟化も溶融も起きないために適正な押出成形ができず、適切な減容ウレタンとすることができない。押出成形機２０のノズル径は大きくしても小さくしても良いが、ノズルも、軟化、溶融硬化する１００℃以上の温度にすることが好ましい。

得られる減容ウレタン２の大きさや形状は様々であるが、一般的には直径３０ｍｍ程度、長さは５～５０ｍｍ程度の円筒形のものとする。竪型溶解炉の羽口に設置されている吹込みランスは数十ｍｍ程度であるから、減容ウレタン２をその大きさに適合するように小径化する必要がある。減容ウレタン２を小径化するためには、破砕機３０により破砕することが有効である。なお、減容ウレタン２は押出成形時に溶融硬化処理されていることから、破砕機３０により容易に細かく粉砕される。この処理すなわち破砕時に目標の粒径にするために、篩（スクリーン）を用いることが好ましい。具体的には、５ｍｍ程度の篩を用いることで、竪型溶解炉への吹込みや竪型溶解炉での燃焼時に問題ない破砕ウレタン３の粒径が得られる。前記篩の篩目を小さくすれば、破砕ウレタン３の粒径は小さくなるが、生産性が低下する。竪型溶解炉では、破砕ウレタン３の粒径が小さいほうが、燃焼率は向上するが、５ｍｍ以下、好ましくは大部分が２ｍｍ程度とすれば竪型溶解炉の操業上問題ない。

次に、破砕処理後の破砕ウレタン３を竪型溶解炉１００に吹き込むために、微粉炭吹込みに利用されている一般的な装置である、フィードタンク４０に貯蔵する。フィードタンク４０ではタンク内で気流によって破砕ウレタン３を流動化させながら、フィールドタンク４０から切り出す。

竪型溶解炉に廃プラスチック等を吹き込む場合、吹込み時の切出し安定性向上のために、フィードタンクの切出し部に機械式撹拌装置が装備されているのが一般的である。その理由は、容器包装リサイクル法の対象の廃プラスチックは、特許文献２のようなプロセスなどで微細化することは可能であるが、微細化プロセスはコストが高く、コスト低減の為にリングダイ式ペレタイザーで直径４～１０ｍｍ程度、長さは２０ｍｍ程度の粒状に加工されることが多いためである。リングダイ式ペレタイザーで製造された直径数ｍｍ程度の原料の切り出しは、気流による流動化には多くのガスが必要となることから、機械式撹拌装置を設置して流動化させているのが一般的である。

本発明では、破砕ウレタン３は最大でも２ｍｍ程度であるために、フードタンク４０からの切出しもよく、従来の容器包装プラスチックの吹込みに用いていた機械式撹拌装置は必須ではなく、容易に切出しができるようになる。

破砕ウレタン３は、フィードタンク４０の圧力を利用して、配管５０を通過して竪型溶解炉１００の羽口部分から吹込まれる。

竪型溶解炉１００の羽口の数は様々であり、この全部もしくは一部から破砕ウレタン３０を吹き込むことができる。例えば、竪型溶解炉１００として炉容積が５０００ｍ^３規模の大型高炉の場合の羽口数は４０カ所程度である。この全箇所から吹込んでも、部分的に数カ所から吹込んでもよい。

以下の表１に、本発明プロセスと従来プロセスの比較を示す。本発明プロセス（本発明例）は、家電リサイクル法由来のウレタン樹脂を処理対象とする方法である。従来プロセル（従来例）は、容器包装リサイクル法由来の容リプラを処理対象とする方法である。上述したように、従来プロセスをウレタン樹脂に適用した場合、焼却や埋立てで処分されていた。本発明プロセスによれば、ウレタン樹脂を、フードタンクでの機械撹拌無しで竪型溶解炉に搬送でき、竪型溶解炉で処理することができる。なお、「容リプラ」とは、容器包装リサイクル法においてリサイクルが義務付けされている容器包装プラスチックごみのことをいう。

以下、具体的な実施例により、本発明の廃プラスチックの処理方法の一例としてのウレタン樹脂の搬送方法を説明する。

冷蔵庫を解体、破砕し、断熱材として利用されていた、ウレタンを風力選別機により選別し回収した。回収した廃棄ウレタン１を押出成形機２０により押出成形し、減容ウレタン２とした。押出成形は、一般的な押出成形機（御池鐵工所製ＭＨ－１００）を用いて行った。押出成形条件は、ウレタンの温度が１００℃以上になるように行った。

図２は、本発明のウレタン樹脂の処理方法における減容ウレタンの一例を示す図である。図２に示す減容ウレタン２は、形状は直径３０ｍｍ程度、長さは５～５０ｍｍ程度の円筒形であった。１００℃以上で加熱による硬化により、人力ではある程度の力を加えないと崩壊しない程度の強度を有している。

次に、減容ウレタン２を破砕機にて破砕して破砕ウレタン３とした。破砕は、一軸高速カッター式破砕機（御池鐵工所製ＭＲＣ－４５６０）を用いて行った。破砕機の篩目はΦ５ｍｍにて行った。

図３は、本発明のウレタン樹脂の処理方法における減容ウレタン破砕後である破砕ウレタンの粒径分布を示す図である。図３に示すように、破砕ウレタン３は５ｍｍ以下であり、粒径分布は２ｍｍ以下の粒径の重量割合が９０％以上の粉状であった。

本実施例では、一軸高速カッター式の破砕機を用いたが、減容ウレタン２が破砕できれば、どのような形式の破砕機を利用しても効果は発現する。減容ウレタン２は押出成形機２０での減容処理の過程での摩擦により加熱されることから、減容ウレタン２に成形されたときに、硬化処理も同時に行われる。この熱硬化により、硬化後の減容ウレタン２は、通常の破砕機で容易に破砕し、粉状にすることができる。

次に、破砕ウレタン３の高炉への吹込み試験を実施した。使用した高炉の内容積は５０００ｍ^３、羽口数４０、出銑量１万ｔ／日、羽口からの送風温度１２００℃、コークス比３６０ｋｇ／ｔ、微粉炭比１８５ｋｇ／ｔの条件で行った。

以下の表２は、高炉の操業条件は前述のように一定として、吹き込む破砕ウレタン３の原単位と羽口の数を変更した試験結果である。比較例１、２では、従来品である容器包装リサイクル由来の直径６ｍｍ、長さ１５ｍｍ程度の粒状プラスチックを、フィードタンク内に機械式撹拌装置を有する粉体供給装置を用いて吹き込んでいる。本発明例１～８では、フィードタンク内に機械式撹拌装置がない粉体供給装置を用いて吹き込んでいる。破砕ウレタン３および従来品の廃プラスチックの吹込みランスの内径は２５ｍｍとした。

表２の結果から、本発明に係る廃プラスチックの処理方法の一例としてのウレタン樹脂の処理方法によれば、破砕ウレタン３は微細化してあり、フィールドタンク内で気流によって破砕ウレタンを流動化させることで、機械式撹拌装置がない粉体供給装置を用いても問題なく高炉に吹き込むことが出来ることがわかった。また、本発明例７や８では、比較例よりもプラスチックの吹込み量を上げられ、多くの破砕ウレタンを高炉で有効利用することが出来ることがわかった。

上述した実施例では、竪型炉として高炉を例示したが、鉄スクラップを原料とするキュポラ（竪型スクラップ溶解炉）を用いても同様な効果は得ることができる。また、処理対象として廃ウレタンを例示して説明したが、廃ウレタン以外にも、押出成形により一度熱硬化させて、破砕することで、微粉化できる、熱硬化性を有する廃プラスチックであれば、いずれの廃プラスチックに対しても本発明を同様に適用することができる。

１ 廃棄ウレタン
２ 減容ウレタン
３ 破砕ウレタン
２０ 押出成形機
３０ 破砕機
４０ フィードタンク
５０ 配管
１００ 竪型溶解炉

Claims (6)

1. 竪型溶解炉で熱硬化性の廃プラスチックを処理するにあたり、廃プラスチックをまず押出成形機を使用して加熱、軟化、溶融させて減容廃プラスチックとし、次に、その減容廃プラスチックを破砕して破砕廃プラスチックとすることを特徴とする、廃プラスチックの処理方法。
2. 前記破砕廃プラスチックを竪型溶解炉の炉内に羽口から吹込むことにより、熱硬化性の廃プラスチックを竪型溶解炉にて処理することを特徴とする、請求項１に記載の廃プラスチックの処理方法。
3. 前記破砕廃プラスチックは、その大きさが５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の廃プラスチックの処理方法。
4. 前記破砕廃プラスチックは、全て大きさが５ｍｍ以下であり、重量割合においてその９０％以上が２ｍｍ以下の粒径であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の廃プラスチックの処理方法。
5. 前記廃プラスチックを押出成形する際、廃プラスチックを１００℃以上に加熱することを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の廃プラスチックの処理方法。
6. 前記破砕廃プラスチックを竪型溶解炉の羽口から吹込むに際し、粉体吹込み設備として、フィードタンク内に破砕廃プラスチックを貯蔵し、フィールドタンク内では気流によって破砕廃プラスチックを流動化させながら、機械式撹拌装置を用いずに、フィールドタンクから切り出し、羽口から吹込むことを特徴とする、請求項２～５のいずれか１項に記載の廃プラスチックの処理方法。

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