JP3607051B2

JP3607051B2 - 廃プラスチックの固形燃料化装置

Info

Publication number: JP3607051B2
Application number: JP22199697A
Authority: JP
Inventors: 彰小崎; 数利焼本; 憲明橋本; 六郎伝田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2017-08-04
Also published as: JPH1150072A; KR19990023301A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチックの固形燃料化装置に関するものであり、詳しくは燃焼時に腐食性ガスや有毒ガス発生の原因となる塩素を除去した固形燃料を得るための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来、資源の有効利用の面から都市ゴミや産業廃棄物として廃棄される廃プラスチックを固形燃料として利用することが行なわれている。この種の固形燃料化装置であつて、燃焼時に腐食性ガスや有毒ガス発生の原因となる塩素を除去すべく、廃プラスチックから脱塩素化を行なうことも提案されている。これは、雑多な廃プラスチックに含まれるポリ塩化ビニール等から塩化水素ガスを放出させるものであり、塩化水素ガスを放出させた後のポリ塩化ビニール等を溶融状態の廃プラスチックに混合させる場合と、廃プラスチックから分離させる場合とがある。この内、塩化水素ガスを放出させた後のポリ塩化ビニール等を溶融した廃プラスチックに混合させるものは、廃プラスチックの固形燃料化装置の構造が簡素になる利点があるため、安価な固形燃料を得る上で望ましい。
【０００３】
この種の塩化水素ガスを放出させた後のポリ塩化ビニール等を溶融状態の廃プラスチックに混合させる固形燃料化装置としては、例えば特開平８−６０１６８号公報に記載されるものが知られている。これは、予熱反応機と成形機とを備え、予熱反応機は、投入口から溶融混合室内へ投入された廃プラスチックを溶融・混合並びに脱塩素処理して排出口から排出し、成形機は、廃棄物投入口から投入された可燃性廃棄物（廃プラスチック以外の乾燥処理された可燃性廃棄物）を、予熱反応機の排出口から成形室内へ押し込まれた溶融廃プラスチックと攪拌・混合しながら加圧してダイスから押し出す。
【０００４】
しかしながら、このような従来の廃プラスチックの固形燃料化装置にあつては、次の技術的課題を有している。
（１）予熱反応機において、塩化水素ガスが水蒸気と混合した状態で放出されるため、処理すべきガスが大量となる。これにより、塩化水素ガスの処理装置を含む固形燃料化装置が大形化するのみならず、固形燃料化の作業能率が悪い。
（２）脱塩素を行なう必要がない廃プラスチックの場合であつても同一の予熱反応機をそのまま使用することになるため、固形燃料化の作業能率が悪いのみならず、多大のエネルギーを浪費することにもなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、所定の大きさに破砕された状態で供給口２ａから供給される廃プラスチックＰを、樹脂温度が１００〜１７０℃の範囲となるように昇温させて、水蒸気をベント孔２ｃから外部に放出させると共に、軟化した廃プラスチックＰを排出口２ｂから排出させる押出機からなる減容化装置２と、減容化装置２によつて軟化させた状態で供給口３ａから供給される廃プラスチックＰを、樹脂温度が２５０〜４００℃の範囲となるように昇温させて、廃プラスチックＰに含まれるポリ塩化ビニールを熱分解させて生じた塩化水素ガスをベント孔３ｃから外部に放出させると共に、溶融した廃プラスチックＰを排出口３ｂから排出させる押出機からなる脱塩素装置３と、脱塩素装置３のベント孔３ｃから放出される塩化水素ガスを中和させる塩化水素処理装置５とを備え、前記減容化装置２及び脱塩素装置３の少なくとも一方が２軸押出機によつて構成されていることを特徴とする廃プラスチックの固形燃料化装置である。
【０００６】
請求項２は、脱塩素装置３の排出口３ｂに接続される造粒兼冷却・脱水装置４が備えられ、脱塩素装置３の排出口３ｂから排出される廃プラスチックＰが切断されると共に水冷・脱水されることを特徴とする請求項１の廃プラスチックの固形燃料化装置である。
請求項３は、供給口２ａから供給される廃プラスチックＰを、樹脂温度が軟化・減容化する範囲となるように昇温させて、水蒸気をベント孔２ｃから外部に放出させると共に、軟化した廃プラスチックＰを排出口２ｂから排出させる押出機からなる減容化装置２と、
減容化装置２によつて軟化させた状態で供給口３ａから供給される廃プラスチックＰを、樹脂温度が２５０〜４００℃の範囲の塩化水素ガスを生成する温度となるように昇温させて、廃プラスチックＰを熱分解させて生じた塩化水素ガスをベント孔３ｃから外部に放出させると共に、溶融した廃プラスチックＰを排出口３ｂから排出させる押出機からなる脱塩素装置３とを備えることを特徴とする廃プラスチックの固形燃料化装置である。
請求項４は、廃プラスチックＰが、非破砕状態の廃プラスチックＰ_１をコンベヤー１０に乗せて破砕機１１に供給して破砕し、所定の大きさに破砕されている破砕済みの廃プラスチックＰ_２を得、この破砕済みの廃プラスチックＰ_２を磁選機１２に通して鉄分を除去した後に選別機１３に掛け、プラスチック以外の成分を可及的に除去して得られると共に、この廃プラスチックＰが、コンベヤー１４に乗せて貯留ホッパー１５に貯留されていることを特徴とする請求項３の廃プラスチックの固形燃料化装置である。
請求項５は、廃プラスチックＰを計量し、減容化装置２に連続的に供給する計量機１を備えることを特徴とする請求項３又は４の廃プラスチックの固形燃料化装置である。
請求項６は、減容化装置２及び脱塩素装置３の少なくとも一方が２軸押出機によつて構成されていることを特徴とする請求項３，４又は５の廃プラスチックの固形燃料化装置である。
請求項７は、脱塩素装置３の排出口３ｂに造粒兼冷却・脱水装置４が備えられ、脱塩素装置３の排出口３ｂから排出される廃プラスチックＰが切断されると共に水冷・脱水されることを特徴とする請求項３，４，５又は６の廃プラスチックの固形燃料化装置である。
請求項８は、減容化装置２の排出口２ｂと脱塩素装置３の供給口３ａとの間が、供給路としての配管２３によつて接続されていることを特徴とする請求項３，４，５，６又は７の廃プラスチックの固形燃料化装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る廃プラスチックの固形燃料化装置の１実施の形態を示す。固形燃料化装置は、計量機１、減容化装置２、脱塩素装置３、造粒兼冷却・脱水装置４及び塩化水素処理装置５を主構成要素とする。
【０００８】
計量機１は、種々雑多な複合プラスチックからなる廃プラスチックＰを計量し、その適量を減容化装置２に連続的に供給する機能を有し、例えばスクリュフィーダによつて構成される。減容化装置２は、２本のスクリュをバレル内に回転自在に備える２軸押出機によつて構成され、バレルの一端上部に供給口２ａを有し、他端下部（又は側部）に排出口２ｂを有すると共に、加熱装置としてのヒータ６をバレルの周囲に備えている。排出口２ｂのダイ形状は、任意の形状を与え得るが、棒状の成形品が得られるものでよい。
【０００９】
減容化装置２は、廃プラスチックＰを減容化させると共に水分を除去する機能を有し、ガス分を放出させる脱気孔２ｃを有するベント式押出機となつている。しかして、減容化装置２は、２本のスクリュによる混練作用及びヒータ６による加熱により、廃プラスチックＰの樹脂温度が１００〜１７０℃の範囲となるように昇温させることができればよい。なお、減容化装置２に２本のスクリュを備えさせる理由は、１本のスクリュを用いた１軸押出機では、フィルム状の廃プラスチックが噛み込まれ難く、減容化され難いためである。廃プラスチックＰは、減容化装置２内においてこの所定温度（１００〜１７０℃）に１〜１０分程度維持し、水分の十分な蒸発を図ることが望まれる。
【００１０】
脱塩素装置３は、２本のスクリュをバレル内に回転自在に備える２軸押出機によつて構成され、バレルの一端上部に供給口３ａを有し、他端側部に排出口３ｂを有すると共に、加熱装置としてのヒータ７をバレルの周囲に備えている。脱塩素装置３は、減容化装置２の排出口２ｂから減容化されて排出される廃プラスチックＰをそのままの状態で供給口３ａから受け入れて、更に溶融・混練させると共に攪拌させて塩化水素ガスを放出させる機能を有し、ガス分を放出させる脱気孔３ｃを有するベント式押出機となつている。脱塩素装置３に２本のスクリュを備えさせる理由は、１本のスクリュを用いた１軸押出機では、十分な攪拌・混練が確保され難いためである。
【００１１】
減容化装置２の排出口２ｂから排出される廃プラスチックＰは、スクリュによる押し出し圧力を受けているので、減容化装置２の排出口２ｂと脱塩素装置３の供給口３ａとの間の供給路２３を単なる配管によつて形成し、廃プラスチックＰをそのままの状態で脱塩素装置３に供給することができる。減容化装置２の排出口２ｂから排出される廃プラスチックＰを、脱塩素装置３の供給口３ａに自然落下させてもよい。なお、脱塩素装置３の排出口３ｂのダイ形状は、任意の形状を与え得るが、後述するように排出口３ｂに備えるカッタにより燃料として扱い易いペレット状とした成形品を得るようにする。
【００１２】
脱塩素装置３は、廃プラスチックＰの樹脂温度が２５０〜４００℃の範囲となるように昇温させ、廃プラスチックＰに混入しているポリ塩化ビニールやポリ塩化ビニリデンを熱分解させ、塩化水素ガスとして回収する。脱塩素装置３内の廃プラスチックＰは、この所定温度に３〜１５分程度維持し、熱分解を促すことが望まれる。但し、廃プラスチックＰの温度を上昇させ過ぎると、プラスチック分が炭化したり、揮発減量が増加したりするので、好ましくない。
【００１３】
塩化水素処理装置５は、脱塩素装置３の脱気孔３ｃから流出し、排気ポンプ１８によつて送気される塩化水素ガスを冷却して塩酸とした後に、水酸化ナトリウム等のアルカリと反応させて中和させるもので構成できる。また、造粒兼冷却・脱水装置４は、脱塩素装置３の排出口３ｂから排出される溶融状態の廃プラスチックＰをカッタによつて所定長さに切断すると共に水中で冷却し、その後に脱水する機能を有する。かくして得られる所定の大きさの廃プラスチックＰは、コンベヤー８に乗せて容器９に投入し、必要に応じて梱包し、固形燃料とされる。
【００１４】
次に作用について説明する。
先ず、計量機１に供給される廃プラスチックＰについて説明する。この廃プラスチックＰは、図２に示すように都市ゴミや産業廃棄物として廃棄されて非破砕状態の廃プラスチックＰ_１をコンベヤー１０に乗せて破砕機１１に供給して破砕し、減容化装置２に投入可能な所定の大きさの破砕済みの廃プラスチックＰ_２を得る。この破砕済みの廃プラスチックＰ_２は、磁選機１２に通して鉄分を除去した後に選別機１３に掛け、プラスチック以外の成分（鉄以外の金属、ガラス、土砂等）を可及的に除去し、廃プラスチックＰを得る。廃プラスチックＰは、コンベヤー１４に乗せて貯留ホッパー１５に貯留させておく。
【００１５】
このようにして得られた廃プラスチックＰは、必要量をコンベヤー１６に乗せて計量機１に導き、計量機１によつて計量しながら減容化装置２の供給口２ａに連続的に供給する。減容化装置２では、廃プラスチックＰが同方向又は異方向に回転駆動される２本のスクリュに噛み込まれて混練され、ヒータ６による加熱をも受けながら次第に温度が上昇する。減容化装置２では、廃プラスチックＰに含まれる水分が蒸発する温度、具体的には樹脂温度が１００〜１７０℃の範囲になるように昇温させる。これにより、廃プラスチックＰに含まれる水分、その他の揮発成分が気化し、ベント孔２ｃから外部に放出されると共に、軟化しながら容積が減少した廃プラスチックＰが先端の排出口２ｂから押し出される。この減容化した状態の廃プラスチックＰは、カッターによつて切断することなく、脱塩素装置３の供給口３ａに連続的に供給される。このように、減容化装置２内の廃プラスチックＰは、単に物理的形状や密度が変化するだけで、プラスチックの成分そのものに変化はない。
【００１６】
脱塩素装置３では、軟化した状態の廃プラスチックＰが同方向又は異方向に回転駆動される２本のスクリュに噛み込まれて攪拌を受け、ヒータ７による加熱をも受けながら更に温度が上昇する。脱塩素装置３では、廃プラスチックＰに混在する塩素を含むポリ塩化ビニール等が熱分解する温度、具体的には樹脂温度が２５０〜４００℃の範囲になるようにし、塩化水素ガスを生成させると同時に、十分な攪拌を与え、塩化水素ガス、残余の水蒸気、ジメチルテレフタレート及びテレフタール酸等に対して脱気作用を与える。この塩化水素ガス等は、排気ポンプ１８によつて引かれてベント孔３ｃから流出し、図外のフィルターを通つて不純物が除去された後、塩化水素処理装置５に流入する。塩化水素処理装置５に流入した塩化水素ガスは、水に溶かして塩酸とした後に、水酸化ナトリウム等のアルカリと反応させて中和させる。一方、塩素分が除去された廃プラスチックＰは、高温になつて十分に溶融し、かさ密度が更に大きくなつた状態で脱塩素装置３の排出口３ｂから連続的に固形燃料として排出される。
【００１７】
脱塩素装置３の排出口３ｂから連続的に排出される廃プラスチックＰは、造粒兼冷却・脱水装置４に導かれ、カッターによつて所定長さに切断されると共に、水中で冷却・固化された後に脱水される。造粒兼冷却・脱水装置４で脱水された後の廃プラスチックＰは、固形燃料として使用に供される。この廃プラスチックＰは、必要に応じてコンベヤー８に乗せて容器９に搬送する。このようにして減容化装置２及び脱塩素装置３を順次に通過させ、２段階に十分な溶融を受けた後に得られる廃プラスチックＰからなる固形燃料は、その後に形状が壊れ難く、輸送及び取扱いに便宜である。
【００１８】
このようにして製造された廃プラスチックの固形燃料は、廃プラスチックのみからなり、予め脱塩素が施された固形燃料が得られるので、クリーン燃料として広い用途が得られると共に、ボイラー等での燃焼時に腐食性ガス、有毒ガス発生の原因となることが防止される。これにより、熱回収時にボイラのスーパーヒータによる過熱蒸気の温度を高く設定（５００℃）できるようになり、熱交換効率を高くできると共に、発電への利用に際して発電効率が高くなり、経済性に優れる。
【００１９】
ところで、上記１実施の形態にあつては、減容化装置２及び脱塩素装置３の両者を２軸押出機によつて構成したが、フィルム状の廃プラスチックの噛み込みを促し、廃プラスチックＰに十分な溶融を受けさせた固形燃料が得られればよく、一方を２軸押出機によつて構成し、他方を１本のスクリュを備える１軸押出機によつて構成することもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係る廃プラスチックの固形燃料化装置によれば、下記の効果を奏することができる。
請求項１に係る発明によれば、減容化装置及び脱塩素装置の両者が備えられ、減容化装置において予め水蒸気が良好に除去されると共に軟化・減容化した状態の廃プラスチックが脱塩素装置に供給され、脱塩素装置において廃プラスチックに含まれるポリ塩化ビニールが熱分解されて塩化水素ガスを生じ、この塩化水素ガスをベント孔から外部に放出させる。このように、水蒸気及び塩化水素ガスを選択的に分別除去するので、小形の塩化水素処理装置によつて塩化水素ガスを能率的に除去することができる。加えて、脱塩素を行なう必要のない廃プラスチックの場合には、脱塩素装置への供給を省略して、減容化装置から排出される減容化した廃プラスチックをそのまま固形燃料とすることができるので、廃プラスチックの固形燃料を高能率で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態に係る廃プラスチックの固形燃料化装置を示す図。
【図２】同じく廃プラスチックの処理工程を示す図。
【符号の説明】
１：計量機、２：減容化装置、２ａ：供給口、２ｂ：排出口、２ｃ：ベント孔、３：脱塩素装置、３ａ：供給口、３ｂ：排出口、３ｃ：ベント孔、４：造粒兼冷却・脱水装置、５：塩化水素処理装置、６，７：ヒータ（加熱装置）、８：コンベヤー、９：容器、１０：コンベヤー、１１：破砕機、１２：磁選機、１３：選別機、１４：コンベヤー、１５：貯留ホッパー、１６：コンベヤー、１８：排気ポンプ、２３：供給路、Ｐ：廃プラスチック。

Claims

所定の大きさに破砕された状態で供給口（２ａ）から供給される廃プラスチック（Ｐ）を、樹脂温度が１００〜１７０℃の範囲となるように昇温させて、水蒸気をベント孔（２ｃ）から外部に放出させると共に、軟化した廃プラスチック（Ｐ）を排出口（２ｂ）から排出させる押出機からなる減容化装置（２）と、
減容化装置（２）によつて軟化させた状態で供給口（３ａ）から供給される廃プラスチック（Ｐ）を、樹脂温度が２５０〜４００℃の範囲となるように昇温させて、廃プラスチック（Ｐ）に含まれるポリ塩化ビニールを熱分解させて生じた塩化水素ガスをベント孔（３ｃ）から外部に放出させると共に、溶融した廃プラスチック（Ｐ）を排出口（３ｂ）から排出させる押出機からなる脱塩素装置（３）と、
脱塩素装置（３）のベント孔（３ｃ）から放出される塩化水素ガスを中和させる塩化水素処理装置（５）とを備え、
前記減容化装置（２）及び脱塩素装置（３）の少なくとも一方が２軸押出機によつて構成されていることを特徴とする廃プラスチックの固形燃料化装置。
脱塩素装置（３）の排出口（３ｂ）に接続される造粒兼冷却・脱水装置（４）が備えられ、脱塩素装置（３）の排出口（３ｂ）から排出される廃プラスチック（Ｐ）が切断されると共に水冷・脱水されることを特徴とする請求項１の廃プラスチックの固形燃料化装置。
供給口（２ａ）から供給される廃プラスチック（Ｐ）を、樹脂温度が軟化・減容化する範囲となるように昇温させて、水蒸気をベント孔（２ｃ）から外部に放出させると共に、軟化した廃プラスチック（Ｐ）を排出口（２ｂ）から排出させる押出機からなる減容化装置（２）と、
減容化装置（２）によつて軟化させた状態で供給口（３ａ）から供給される廃プラスチック（Ｐ）を、樹脂温度が２５０〜４００℃の範囲の塩化水素ガスを生成する温度となるように昇温させて、廃プラスチック（Ｐ）を熱分解させて生じた塩化水素ガスをベント孔（３ｃ）から外部に放出させると共に、溶融した廃プラスチック（Ｐ）を排出口（３ｂ）から排出させる押出機からなる脱塩素装置（３）とを備えることを特徴とする廃プラスチックの固形燃料化装置。
廃プラスチック（Ｐ）が、非破砕状態の廃プラスチック（Ｐ_１）をコンベヤー（１０）に乗せて破砕機（１１）に供給して破砕し、所定の大きさに破砕されている破砕済みの廃プラスチック（Ｐ_２）を得、この破砕済みの廃プラスチック（Ｐ_２）を磁選機（１２）に通して鉄分を除去した後に選別機（１３）に掛け、プラスチック以外の成分を可及的に除去して得られると共に、この廃プラスチック（Ｐ）が、コンベヤー（１４）に乗せて貯留ホッパー（１５）に貯留されていることを特徴とする請求項３の廃プラスチックの固形燃料化装置。
廃プラスチック（Ｐ）を計量し、減容化装置（２）に連続的に供給する計量機（１）を備えることを特徴とする請求項３又は４の廃プラスチックの固形燃料化装置。
減容化装置（２）及び脱塩素装置（３）の少なくとも一方が２軸押出機によつて構成されていることを特徴とする請求項３，４又は５の廃プラスチックの固形燃料化装置。
脱塩素装置（３）の排出口（３ｂ）に造粒兼冷却・脱水装置（４）が備えられ、脱塩素装置（３）の排出口（３ｂ）から排出される廃プラスチック（Ｐ）が切断されると共に水冷・脱水されることを特徴とする請求項３，４，５又は６の廃プラスチックの固形燃料化装置。
減容化装置（２）の排出口（２ｂ）と脱塩素装置（３）の供給口（３ａ）との間が、供給路としての配管（２３）によつて接続されていることを特徴とする請求項３，４，５，６又は７の廃プラスチックの固形燃料化装置。