JP3774133B2

JP3774133B2 - ポリエステル樹脂を原料とした粒状燃料の製造方法

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Publication number: JP3774133B2
Application number: JP2001254766A
Authority: JP
Inventors: 一幸大家; 慶輔宮崎
Original assignee: Komatsu Seiren Co Ltd
Current assignee: Komatsu Seiren Co Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: JP2003064387A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリエステル樹脂を含む対象物から粒状燃料を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエステル樹脂は、衣料などの繊維製品や各種の成形品として幅広く使用されている。特に代表的なポリエステル樹脂であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は、繊維、織編物、不織布などの繊維製品、あるいはＰＥＴボトルなどの成形品として広く流通している。
しかし、これらのうち繊維製品は、ハギレやパッチワークの材料として利用されたり、衣服類についてはリサイクルショップの店頭に陳列されることもあるが、そのほとんどが廃棄処分されている。また、ＰＥＴボトルは、食品衛生上から洗浄のみによる再使用・再利用が困難である。最近では、使用済みのＰＥＴボトルの分別収集とリサイクルが法律で義務付けられるようになり、そのリサイクル率は伸びてきてはいるものの約２０％程度に過ぎず、依然としてその多くが廃棄処分されている。
このようにポリエステルを含む繊維製品や成形品の大半は、焼却や埋め立てなどにより廃棄処分されている。
【０００３】
しかしながら、最近ではこれらの処分に適した埋め立て場所は急速に減少し、また、廃棄物の処理技術、処理方法も行き詰まりつつある。よって、従来、廃棄物として処分されていたこれらのものの新しい用途の開発に社会的関心が急速に高まるなど、廃棄物についての抜本的な対策が望まれている。
【０００４】
現在のところ、図２に示すように、ポリエステル樹脂についての種々のリサイクル方法が考案、技術開発され、すでにいくつかのプラントが稼動している。特に、熱可塑性ポリエステル樹脂の主なリサイクル方法としては次の３つが挙げられる。
▲１▼ポリエステル樹脂を異物分離、ペレット化し、固形燃料に加工し燃料として使用することによって、焼却時に発生する熱エネルギーを回収するサーマルリサイクル法。
▲２▼ポリエステル樹脂を構成しているジオールとジカルボン酸にケミカル分解して、これらモノマーを回収するケミカルリサイクル法。
▲３▼ポリエステル樹脂を必要に応じてペレット化し、射出成形などで溶融再成形するマテリアルリサイクル法。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記▲１▼〜▲３▼のリサイクル法には次のような問題があった。
すなわち、▲１▼のサーマルリサイクル法は、熱可塑性ポリエステル樹脂をそのまま焼却した際に発生する熱エネルギーを回収する方法であるが、廃ポリエステルをそのまま燃焼した場合、一般的なボイラーでは燃焼炉が極度に過熱し、燃焼炉に損傷を与えるという問題があった。よって、燃焼には、流動床ボイラーなどの特殊な専用ボイラーや装置が必要であり、コスト面で不利であった。そこで、燃焼炉の損傷を低減するためには、廃ポリエステルをあらかじめ細かくしてから燃焼する方法がある。ところが、ポリエステル繊維クズやポリエステル布帛などの剪断応力の逃げやすい形状の熱可塑性ポリエステル樹脂の場合、クラッシャを用いても０．０１ｍ角程度にまでしか破砕できなかった。このような大きさでは燃焼炉の損傷を十分には軽減できないため、燃焼炉を継続的に使用できないという問題があった。
【０００６】
▲２▼のケミカルリサイクル法としては、例えば特開２０００−３０９６６３号公報には、ポリエステル樹脂を２５０〜４００℃の高温高圧水にて処理して加水分解し、ポリエステルを構成しているエチレングリコールと、テレフタル酸として回収する方法が示されているが、この方法では、反応温度および圧力が極めて高いため、専用の熱源および特殊な耐圧設備が必要であり、設備が大型化する問題があった。
【０００７】
▲３▼のマテリアルリサイクル法としては、例えば特開２００１−０１８２２３号公報には、回収したポリエステル成形品を再溶融成形する再生ポリエステル樹脂シートの製造方法が示されている。しかし、このようなマテリアルリサイクル法においては、再生ポリエステルの品質が、これに含まれる異物の量に大きく依存する。よって、バージン（新品）原材料に近い再生ポリエステルを得るためには、できるだけ異物を除去することが不可欠となる。しかしながら、このような異物分別作業を、例えば百万分の１のオーダーで行うことは、手間やコストが膨大である。
また、回収したポリエステル成形品は、その水分率が０．５〜３．０重量％の範囲のものであれば溶融粘度が適当であり再溶融成形も可能であるが、例えば、この範囲を超える水分率であると粘度が低く、溶融成形できないという問題もあった。
【０００８】
本発明はこのような現状に鑑みてなされたもので、一般的なボイラーや燃焼炉などの装置で燃焼させた場合でも極度に過熱することなく、これらの装置で継続的に使用することが可能であって、流動床ボイラーなどの特殊なボイラーや機械装置が不要な粒状燃料を、廃ポリエステル樹脂から低コストで製造するサーマルリサイクル法を提供することを課題とする。
なお、ここで粒状燃料とは、オイルコークスなどの公知の燃料と混合して、あるいは単独で燃焼して使用できる粒状の固体燃料を指す。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の粒状燃料の製造方法は、ポリエステル樹脂を含む対象物から粒状燃料を製造する方法であって、前記対象物を水または水蒸気で１４０℃以上で処理して脆化させ、粒状にする処理工程を有することを特徴とする。
前記処理工程の温度は、１８０〜２３０℃であることが好ましい。
前記処理工程の圧力は、常圧以上、３．０ＭＰａ以下の範囲であることが好ましい。
前記処理工程は、触媒を加えずに行うこともできる。
本発明の製造方法は、前記対象物から、前記ポリエステル樹脂以外の物質を除去する異物除去工程を、前記処理工程の前に有することが好ましい。
前記対象物は、繊維製品または成形品であることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施形態を例示してさらに詳しく述べる。
本発明の粒状燃料の製造方法は、図１に示すように、ポリエステル樹脂を含む対象物を原料として、コークスなどの化石燃料の代替となる粒状燃料を製造する方法であって、サーマルリサイクル法として位置づけられるものである。
ここで、ポリエステル樹脂は、主にジオールとジカルボン酸とが脱水縮合により重合した一般のポリエステル樹脂である。例えば、テレフタル酸とエチレングリコールの縮合物であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、テレフタル酸と１，４−ブタンジオールの縮合物であるポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）をはじめ、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、カチオン可染ポリエステル（ＣＤＰ）、常圧可染ポリエステルなどが挙げられる。
【００１１】
また、ポリエステル樹脂を含む対象物としては、ポリエステル樹脂を少なくとも含有するものであれば制限はなく、具体的には、ポリエステル樹脂が紡糸された繊維製品、各種の成形方法で成形された成形品、製造工程中で発生した各種規格外品などであり、バージン原材料を含んでいてもよい。
繊維製品としては、衣服、シーツなどの縫製品や縫製前の織物、編物、不織布、その端材や糸などが挙げられ、特に限定されるものではない。また、成形品としては、ＰＥＴボトルなどの食品や飲料用の容器、医療用容器などの各種容器、フィルム、テープなどのシート状物、車両用部品、電機電子部品、ボタンなどの衣料用部品、各種雑貨類などが挙げられる。
上記のポリエステル樹脂のうち、例えばＰＥＴは、繊維や繊維からなる織編物、不織布などとして一般に流通している。また、ＰＥＴボトル、フィルム、テープなどの成形品としても幅広く用いられている。また、ＰＢＴは、成形性に優れたエンジニアリングプラスチックとして、電気電子部品や自動車部品などに汎用されている。
【００１２】
また、これら対象物は、少なくともポリエステル樹脂を含んでいればよく、他の樹脂や、綿、絹、羊毛などの天然繊維、レーヨンなどの再生繊維などとの混合物であってもよい。具体例としては、ポリエステル６５％、綿３５％からなる混紡織物などを例示できる。
さらに、これら対象物には染料、顔料などの各種着色剤、界面活性剤などの仕上げ剤が付着していてもよい。
【００１３】
本発明の粒状燃料の製造方法は、上述した対象物を、１４０℃以上の条件において、水または水蒸気で処理して脆化させ、粒状にする処理工程を有する。このような処理工程を行うことによって、ポリエステル樹脂を含む対象物が容易に脆化され、特に粉砕などの処理を別途行わなくても粒状化し、そのまま燃料として使用可能な状態となる。また、この処理工程においては、触媒を加えて処理効率を向上させてもよいが、特に触媒を加える必要もない。
具体的な方法としては、加熱された１４０℃以上の水蒸気を対象物に吹き付けて処理する方法や、耐圧容器などの密封容器内に対象物と水とを入れた後、１４０℃以上に加熱して処理する処理方法などが挙げられるが、短時間で効率的に対象物を脆化でき生産性に優れ、安全性も高いことから、密封容器内に対象物と水を入れて処理する方法や、対象物の入った容器内に水蒸気を入れていく方法、さらには、これらの方法を併用する方法などが好ましい。なお、容器内に水蒸気を入れていく前に、あらかじめ容器内を脱気して減圧にしておくと、処理効率がより向上する。また、処理温度が１４０℃以上であれば対象物の脆化は十分に進行するが、短時間で処理でき、より処理効率が優れることから１８０℃以上であることが好ましい。一方、処理温度の上限には特に制限はないが、特別な高温用の熱源、処理設備などを必要とせず、小型の設備で、低いエネルギーコストで対象物を粒状とするには、２３０℃以下の温度が好ましい。
【００１４】
処理工程の温度が１４０℃以上であれば、処理工程の圧力には特に制限はないが、密封容器内に対象物と必要量の水とを投入して１４０℃以上の温度とし、その温度における飽和水蒸気圧条件のもとで処理することが好ましい。具体的には、例えば２２７℃における飽和水蒸気圧は２．６ＭＰａであるので、密封容器内に対象物と必要量の水とを投入し、この密封容器を２２７℃まで加熱することによって、２２７℃、２．６ＭＰａの条件下で処理工程を行うことができる。
しかしながら、処理工程の温度が１４０℃以上で必要量の水があれば、必ずしも飽和水蒸気圧条件のもとで行う必要はなく、十分に対象物を脆化でき、密封容器として一般に入手容易な圧力容器を使用でき、高耐圧フランジなどの高圧用の設備が不要で、装置の製造・施工面、コスト面から有利であることから、常圧以上、３．０ＭＰａ以下の圧力条件が好ましい。
【００１５】
処理工程で使用する水または水蒸気の質量は、処理工程のその他の条件などにも依存するが、対象物に含まれるポリエステル樹脂の重量に対して通常０．２倍〜２０倍の範囲である。０．２倍未満では、脆化が十分に進行しない場合がある。一方２０倍を超えると、装置が大型化し、高コストとなる傾向があるのみで特に効率が上がるものではない。
また、処理時間も処理工程のその他の条件などに依存するが、０．３〜６０時間の間で適時設定できる。例えば温度と圧力が高ければ、処理時間をより短縮することができるが、１８０〜２３０℃において、密封容器を使用して飽和水蒸気圧条件のもとで処理する場合、０．５〜４８時間程度である。
【００１６】
このようにポリエステル樹脂を含む対象物を水または水蒸気で１４０℃以上で処理する処理工程を行うことによって、対象物は脆化され、平均長さが０．００１〜１ｍｍ程度の針状の粒子となり、特に粉砕などの後処理を行わなくても、オイルコークスなどの公知の燃料とそのまま混合して、あるいはそのまま単独で燃料として使用できる。
このような処理工程によって対象物が脆化される作用の詳細は明らかではなく、対象物の一部は分解などにより液体や気体になっている可能性もあるが、その大部分を上述のような粒状の固体として回収することができる。
【００１７】
このような処理工程の前には、対象物から、ポリエステル樹脂以外の物質を除去する異物除去工程や、対象物をあらかじめ細かくする工程を行うことが好ましい。
異物除去工程は、得られた粒状燃料を燃焼させて燃料として使用する場合に、燃焼しにくい異物、例えば金属類、ポリアミドなどの難燃性樹脂などをあらかじめ分別して取り除く工程である。このような異物をあらかじめ除去しておくことによって、水または水蒸気による処理工程の後に、これら異物を篩分けするなどの後処理が不要となり、得られた粒状燃料を直ちに燃料として使用できるため好ましい。
しかしながら本発明においてこの異物除去工程は、一般的なケミカルリサイクル法、マテリアルリサイクル法に求められるような高い精度で行われる必要はないことが大きな特徴である。すなわち、本発明において異物除去工程は、ポリエステル樹脂を含む対象物を燃料として効率的に使用可能できる程度に行われればよく、ケミカルリサイクル法、マテリアルリサイクル法などのように、できるだけバージン原材料に近づけるために高い精度で行われる必要はない。よって、例えば、縫製糸などに含まれる染料、触媒、ダル化剤、仕上剤などの添加剤類、ＰＥＴボトルなどの容器に残存した脂類や果汁など、さらに、透明ＰＥＴボトルに混入した着色ＰＥＴボトルなどを、手間、コストをかけて分別する必要はない。
【００１８】
また、処理工程の前には、対象物をあらかじめ細かくする工程を行うことが好ましい。このような工程でポリエステル繊維製品やＰＥＴボトルなどの成形品を０．０３〜０．５ｍ角程度に裁断あるいは粉砕することによって、処理工程におけるこれら対象物の取扱性や処理効率を向上させることができるが、裁断あるいは粉砕などを行わなくても、脆化は進行する。
【００１９】
このような粒状燃料の製造方法によれば、ポリエステル樹脂を少なくとも含有する対象物を水または水蒸気で１４０℃以上で処理し脆化させ、粒状にする処理工程を有するので、オイルコークスなどの公知の燃料とそのまま混合して、あるいはそのまま単独で使用できる粒状燃料を、容易な方法で製造することができる。このような方法によれば、従来廃棄処分となっていた繊維製品、成形品などを、過度のコストや手間をかけることなく、燃料として有効に使用することができる。
特に、処理工程の温度が１８０〜２３０℃という比較的低温で、また、処理圧力が常圧以上、３．０ＭＰａ以下の範囲という比較的低圧であっても、対象物の脆化が十分進行するので、特別な高温用の熱源、処理設備や、高耐圧フランジなどの高圧用の設備を備えた圧力容器などが不要であり、低コストで粒状燃料を製造できる。
また、このような処理工程は基本的に触媒が加えられなくても進行するので、よりプロセスが簡便で、低コストである。
【００２０】
さらに、対象物からポリエステル樹脂以外の物質を除去する異物除去工程や、対象物を細かくする工程を、処理工程の前に行うことによって、処理工程後における篩分けなどの分別作業が不要となり、また、処理工程における対象物の取扱性、効率性も向上する。
このようにして得られた粒状燃料は、平均長さが０．００１〜１ｍｍの針状の粒子であって、燃焼させた場合に極度に加熱することがないため、装置に過度な負荷を与えない。よって、流動床ボイラーなどの特殊な装置が不要で、一般的なボイラーや燃焼炉で安定に燃焼させることができ、継続的に使用することができる。
【００２１】
以下に、具体的な実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
［実施例１］
２００ｃｍ³のステンレス製ビーカーに、２０ｇの繊維クズ（組成：ポリエステル１００％）と１００ｇの水を加えた。ついで、このビーカーを株式会社日阪製作所製の高圧水蒸気処理装置内に入れて密封状態とした後、装置内を昇温し、水蒸気圧２．６ＭＰａ（約２２７℃）で１時間保持して処理工程を行った。
その後、装置内の圧力が大気圧近くになるまで装置を放冷したのち、ビーカーごと生成物を取り出した。
取り出した生成物を濾別、乾燥し、平均長さが０．００１〜１ｍｍ程度の針状形状の粒状燃料を得た。
得られた粒状燃料の収量、燃焼による発熱量を測定した結果を表１に示す。
【００２２】
［実施例２］
実施例１で使用したものと同様のビーカー、装置、繊維クズ２０ｇを使用して、処理工程を行った。ただし、水をあらかじめビーカーに入れずに、装置内に水蒸気を入れ続けて飽和蒸気圧（２．６ＭＰａ）として処理を行った。温度は２２７℃で処理時間は１時間とした。
その後、装置内の圧力が大気圧近くになるまで装置を放冷したのち、ビーカーごと生成物を取り出した。
取り出した生成物は、平均長さ０．００１〜１ｍｍ程度の針状形状の粒子が複数凝集して米粒状になったものであった。
こうして得られた米粒状の粒状燃料の収量、燃焼による発熱量を測定した結果を表１に示す。
【００２３】
［実施例３］
実施例１で使用したものと同じステンレス製ビーカーに、ＰＥＴボトル片（最大長さが約０．０４〜０．１ｍ程度のもの）２０ｇと、１００ｇの水を加えた。ついで、このビーカーを実施例１と同じ高圧水蒸気処理装置内に入れて密封状態とした後、装置内を昇温し、水蒸気圧２．６ＭＰａ（約２２７℃）で１時間保持して処理工程を行った。
その後、装置内の圧力が大気圧近くになるまで装置を放冷したのち、ビーカーごと生成物を取り出した。
取り出した生成物を濾別、乾燥し、平均長さが０．００１〜１ｍｍ程度の針状形状の粒状燃料を得た。
得られた粒状燃料の収量、燃焼による発熱量を測定した結果を表１に示す。
【００２４】
［実施例４］
実施例１で使用したものと同じステンレス製ビーカーに、ＰＥＴボトル片（最大長さが約０．０４〜０．１ｍ程度のもの）２０ｇと、１００ｇの水を加えた。ついで、このビーカーを株式会社日阪製作所製の高圧水蒸気処理装置内に入れて密封状態とした後、装置内を昇温し、水蒸気圧１．０ＭＰａ（約１８０℃）で６時間保持して処理工程を行った。
その後、装置内の圧力が大気圧近くになるまで装置を放冷したのち、ビーカーごと生成物を取り出した。
取り出した生成物を濾別、乾燥し、平均長さが０．００１〜１ｍｍ程度の針状形状の粒状燃料と、脆化したＰＥＴボトル片との混合物を得た。脆化したＰＥＴボトル片は、１８ｇであった。なお、ＰＥＴボトル片の脆化は、これを電子顕微鏡で観察したところ、ＰＥＴボトル片に多数のひび割れが発生していることから確認できた。
得られた粒状燃料の収量、燃焼による発熱量を測定した結果を表１に示す。
【００２５】
［実施例５］
実施例１で使用したものと同じステンレス製ビーカーに、ＰＥＴボトル片（最大長さが約０．０４〜０．１ｍ程度のもの）２０ｇと、１００ｇの水を加えた。ついで、このビーカーを株式会社日阪製作所製の高圧水蒸気処理装置内に入れて密封状態とした後、装置内を昇温し、水蒸気圧１．６ＭＰａ（約２００℃）で３時間保持して処理工程を行った。
その後、装置内の圧力が大気圧近くになるまで装置を放冷したのち、ビーカーごと生成物を取り出した。
取り出した生成物を濾別、乾燥し、平均長さが０．００１〜１ｍｍ程度の針状形状の粒状燃料を得た。
得られた粒状燃料の収量、燃焼による発熱量を測定した結果を表１に示す。
【００２６】
［実施例６］
実施例１で使用したものと同じステンレス製ビーカーに、ＰＥＴボトル片（最大長さが約０．０４〜０．１ｍ程度のもの）２０ｇと、１００ｇの水を加えた。ついで、このビーカーを株式会社日阪製作所製の高圧水蒸気処理装置内に入れて密封状態とした後、装置内を昇温し、水蒸気圧０．３６ＭＰａ（約１４０℃）で６時間保持して処理工程を行った。
その後、装置内の圧力が大気圧近くになるまで装置を放冷したのち、ビーカーごと生成物を取り出した。
取り出した生成物を濾別、乾燥したところ、脆化したＰＥＴボトル片が得られた。すなわち、このような処理工程条件でも、ＰＥＴボトルが脆化することが確認でき、処理工程の時間を長くすれば、１４０℃、０．３６ＭＰａの条件でも、粒状燃料が得られるであろうことが示唆された。なお、ＰＥＴボトル片の脆化は、実施例４の場合と同様に、電子顕微鏡観察から確認できた。
【００２７】
【表１】

表１から明らかなように、本実施例１から５によれば、オイルコークスの５割以上の熱量を有する粒状燃料が得られた。また、実施例６から、処理温度が１４０℃であっても脆化が進行して、粒状燃料が得られることが示唆された。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の製造方法によれば、特別な設備・装置を使用することなく低コスト、簡単な方法で、通常のボイラーなどで安定に使用できる粒状燃料を、ポリエステル樹脂を含む対象物から製造することができる。
よって、本発明によれば、従来廃棄処分されていたもので化石燃料を一部代替でき、サーマルリサイクル技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粒状燃料の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】従来のポリエステル樹脂リサイクル方法を示すフローチャートである。

Claims

ポリエステル樹脂を含む対象物から粒状燃料を製造する方法であって、
前記対象物を水または水蒸気により１４０℃以上で処理して脆化させ、粒状にする処理工程を有することを特徴とする粒状燃料の製造方法。
前記処理工程の温度は、１８０〜２３０℃であることを特徴とする請求項１に記載の粒状燃料の製造方法。
前記処理工程の圧力は、常圧以上、３．０ＭＰａ以下の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の粒状燃料の製造方法。
前記処理工程を、触媒を加えずに行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の粒状燃料の製造方法。
前記対象物から、前記ポリエステル樹脂以外の物質を除去する異物除去工程を、前記処理工程の前に有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の粒状燃料の製造方法。
前記対象物は、繊維製品または成形品であること特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の粒状燃料の製造方法。