JP3967539B2

JP3967539B2 - セメントの製造方法

Info

Publication number: JP3967539B2
Application number: JP2000335632A
Authority: JP
Inventors: 敏樹磯部; 正人中島
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: JP2002145648A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチックスを燃料の一部として使用する、セメントの新規な製造方法に関する。詳しくは、仮焼炉の燃料の少なくとも一部として廃プラスチックスを使用する方法であり、その添加量を増大させた場合でも、安定に原料の仮焼を行うことが可能であり、且つ大掛かりな装置を必要とせず、簡便に実施することが可能なセメントの製造方法である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業活動に伴って排出される廃材及び家庭から排出される廃材は、その大部分が埋立処分場への投棄或いは焼却炉による焼却によって処理されてきた。
【０００３】
ところが、近年、埋立処分場の能力が不足し、また、新設は社会的な制約により困難となっていることから、埋立処分による方法に期待することはできない状態となっている。
【０００４】
また、一般に、焼却炉による焼却処理に関しては、廃材のうち、プラスチック廃材、古紙等のような可燃性廃材が対象となるが、特に、廃プラスチックスについては、燃焼温度が高いことによる炉の損傷あるいは添加時の温度低下によるダイオキシン発生量が多い等の問題があり、大量の廃材を安定的に処理することは困難である。
【０００５】
このような背景の下に、環境保全の観点からプラスチック廃材の再資源化が社会的に重要な課題となっている。
【０００６】
これに対して、セメント製造用のロータリーキルンのような高温焼成炉に該廃プラスチックスを燃料の一部として使用する方法が種々提案され、効果を上げつつある。具体的には、上記廃プラスチックスは、破砕されて、主燃料と共にセメントキルンに供給され、燃焼される。
【０００７】
ところが、主燃料の代替燃料としての廃プラスチックスの使用量は、セメントの品質の安定性等を考慮すれば、その使用量がある程度に制限されるため、セメント製造において、更なる廃プラスチックスの使用量の増加を図る手段が要求されている。
【０００８】
上記要求に対して、近年、セメント焼成用のロータリーキルン以外の燃焼域として存在する仮焼炉に使用する燃料の一部として廃プラスチックスを使用する提案もいくつか成されつつある。
【０００９】
例えば、▲１▼廃プラスチックス破砕片を仮焼炉に直接供給する方法、▲２▼乾留装置を設け、クリンカーの冷却により得られる熱ガスを該乾留設備に導いて廃プラスチックスを乾留し、該乾留ガスを仮焼炉に供給することにより廃プラスチックスを燃料として使用する方法などが提案されている。
【００１０】
しかしながら、廃プラスチックス破砕片を仮焼炉に直接供給する方法は、廃プラスチックスの投入量を増加すると仮焼炉内での燃焼の完結が困難となり、仮焼炉内温度、引いては、これに接続するプレヒーター内の温度が不安定となるという問題を有する。
【００１１】
また、廃プラスチックスを乾留し、該乾留ガスを仮焼炉に供給する方法によれば、上記問題が無く、安定して大量の廃プラスチックスを処理することができるが、乾留装置を別途設けることが必要となるため、大掛かりな設備を必要とするばかりでなく、工程の複雑化を招くという問題を有する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、セメント製造設備の仮焼炉の燃料として多量の廃プラスチックスを使用した場合でも、安定にセメント原料の仮焼を行うことが可能であり、且つ大掛かりな装置を必要とせず、簡便に実施することが可能なセメントの製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、セメントクリンカーを冷却するためのクーラーより排出される熱空気を二次空気として仮焼炉に導入するための二次空気ダクトに、廃プラスチックスを特定の大きさに粉砕して直接供給することにより、かかる課題を全て解決できることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
即ち、本発明は、セメント原料焼成用のロータリーキルン、仮焼炉を備えたサスペンションプレヒーター、冷却空気によりセメントクリンカーを冷却するためのクーラー及び二次空気ダクトよりなり、該ロータリーキルンの原料供給側にサスペンションを、セメントクリンカー排出側にクーラーをそれぞれ接続し、更に該クーラーとサスペンションプレヒーターの仮焼炉とを二次空気ダクトにより接続してクーラーより排出される熱空気を仮焼炉に二次空気として導入するようにしたセメント製造設備によりセメントを製造するに際し、平均体積が１ｃｍ^３以下の大きさとなるように調整された廃プラスチックス破砕片を、上記二次空気ダクト内に、仮焼炉から下記式で示される距離Ｌ（ｍ）以上離れた位置において、直接投入することを特徴とするセメントの製造方法である。
Ｌ＝１０．５×Ｖ×（１．３２×Ｔ^{−０．０４２}）×（０．０１１２×ｖ^１．９５）
（但し、Ｖは廃プラスチックス破砕片の平均体積（ｃｍ^３）、Ｔは二次空気ダクトを流れる熱空気の温度（℃）、ｖは二次空気ダクトを流れる熱空気の流速（ｍ／秒）を示す。）
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明において使用されるセメント製造設備は、図１にその代表的な態様を示すように、セメント原料焼成用のロータリーキルン５の、原料Ａの供給側に仮焼炉２を備え、サイクロン４を組み合わせて構成されるサスペンションプレヒーター１を、セメントクリンカー排出側に冷却空気によりセメントクリンカーを冷却するためのクーラー６をそれぞれ接続して構成される。また、該クーラーと仮焼炉とを接続してクーラーより排出される熱空気を仮焼炉に二次空気として導入するための二次空気ダクト８を設けて構成されるものであれば特に制限されず、公知の構造が特に制限なく使用される。
【００１６】
上記二次空気ダクト８には、クーラー６においてセメントクリンカーを冷却した後の熱空気が流れている。その温度は、製造条件によって多少異なるが、一般に６００〜８００℃である。また、二次空気ダクト内のガス流の形成は、仮焼炉側を負圧にすることによって形成する、公知の方法によって行うことができる。
【００１７】
本発明の方法において、上記二次空気ダクトに、平均粒径１ｃｍ³以下、好ましくは０．８ｃｍ³以下、さらに好ましくは０．５ｃｍ³以下の廃プラスチックス破砕片を直接投入することが極めて重要である。
【００１８】
即ち、本発明においては、二次空気ダクト８内に廃プラスチックスを直接投入し、仮焼炉に至るまでに、上記高温の熱ガスの熱によって廃プラスチックスを分解、場合によっては更に燃焼せしめ、仮焼炉における温度を安定化しようとするものである。
【００１９】
従って、上記平均体積が、１ｃｍ³を超える廃プラスチックス破砕片をかかるダクトに投入した場合は、廃プラスチックスの燃焼が仮焼炉を出たガス中でも不規則に起こり、特に大量の廃プラスチックスを供給した場合、仮焼炉の温度、ひいてはプレヒーターの温度管理を安定して行うことが困難となる。
【００２０】
上記廃プラスチックス破砕片は、平均体積が１ｃｍ³を満足すればよいが、極端に大きい粒子を含有することは前記理由からも好ましくなく、平均体積より２０％以上大きい破砕片が、１０重量％以下、好ましくは５重量％以下のものを使用することが好ましい。
【００２１】
また、上記廃プラスチックスの平均体積は小さいほど好ましいが、平均体積が極端に小さい廃プラスチックスを得ようとした場合、高度な破砕機装置が必要となり、工業的な実施において不利であり、前記範囲より、経済性等を考慮して平均体積を決定することが好ましい。一般に、上記平均体積の下限は、０．０５ｃｍ³程度である。
【００２２】
上記平均体積を容易に小さくする態様として、廃プラスチックス破砕片として薄片（以下、この薄片を廃プラスチックス薄片ともいう。一般にフラフと呼ばれることもある。）を使用することが好ましい。例えば、５００μｍの厚みを有する廃プラスチックスフィルムより０．５ｃｍ³の廃プラスチックス薄片を得ようとすると、３ｃｍ角の大きさに破砕すれば良く、通常の破砕機を使用して容易に破砕することができ有利である。
【００２３】
また、廃プラスチックス薄片を使用することにより、二次空気ダクト中の熱空気流に浮遊し易くなり、該ダクト壁に溶融状態の廃プラスチックスが付着する確率を低減することができるため好ましい。
【００２４】
上記廃プラスチックス薄片は、一般に、厚みが５〜１０００μｍのものが好適である。そのうち、特に、厚みが１０〜６００μｍのものが特に好適である。
【００２５】
また、上記廃プラスチックス薄片を得る方法は、公知の破砕方法が特に制限なく採用される。特に、シュレッダー式破砕機、ハンマー式破砕機、１軸式破砕機、多軸式破砕機等の破砕機による方法が好適に採用される。そのうち、スクリーンにより破砕物の粒径が任意に変更可能で、回転刃と固定刃により投入物をカットする機構を有する１軸プレス式破砕機が好適である。
【００２６】
本発明において、前記廃プラスチックスの材質としては、特に制限されない。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル等のプラスチック等が好適である。
【００２７】
本発明において、廃プラスチックス破砕片の二次空気ダクトにおける投入位置は、仮焼炉から下記式で示される距離Ｌ（ｍ）以上離れた位置において行うことが好ましい。
【００２８】
Ｌ＝１０．５×Ｖ×（１．３２×Ｔ^-0.042）×（０．０１１２×ｖ^1.95）
（但し、Ｖは廃プラスチックス破砕片の平均体積（ｃｍ³）、Ｔは二次空気ダクトを流れる熱空気の温度（℃）、ｖは二次空気ダクトを流れる熱空気の流速（ｍ／秒）を示す。）
【００２９】
しかしながら、仮焼炉から過度に離れた位置に投入した場合、二次空気ダクト内で燃焼が完了し、これを通過する熱空気の温度が上昇することがある。この現象に対して、ダクト内を耐火煉瓦張り等の耐熱構造とすることも可能であるが、好ましくは、前記距離Ｌに対して１．５Ｌ（ｍ）より仮焼炉寄りに投入位置を設定することが好ましい。
【００３０】
勿論、上記のように廃プラスチックス破砕片の投入位置を設定した場合でも、該位置より仮焼炉側のダクト内を耐火煉瓦張り等の耐熱構造とすることは可能であり、好ましい態様である。上記耐火構造の範囲は、必要によって決定される。例えば、ダクト全周であっても良く、ダクトの底面部分のみであっても良い。
【００３１】
本発明において、廃プラスチックス破砕片Ｂを二次空気ダクト８に供給する方法は、該ダクトに供給管を取り付けて供給する方法が採用される。かかる供給管の構造は特に制限されないが、高温域に露出されるため、供給管を形成する壁部を中空とし、その中空部を流路として、少なくとも先端部に冷媒を流すようにした構造が好ましい。上記冷媒の流路に供給される冷媒としては水等の流動体を適宜採用することができる。
【００３２】
壁部が中空とされた供給管の材質は、ある程度の熱伝導性を有するものであれば良いが、特に、取り付けられる炉内の熱の輻射を直接受け易い先端部は良熱伝導性の部材で構成することが、供給管の先端部、特に先端部内面が冷媒により効率よく冷却され、燃焼炉内の温度による壁面の温度上昇を確実に防止することができ好ましい。
【００３３】
かかる良熱伝導性材料は公知の材質が特に制限無く使用される。例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）が挙げられ、コスト及び入手の容易さ等の観点から銅が最も好ましい。
【００３４】
また、前記供給管の周囲に、ガスを流通せしめるための環状のガス供給管を設けることにより、供給管の先端部に至る間の管壁への温度の伝播を効果的に抑制し、管内における廃プラスチックス破砕片の温度上昇を効果的に防止できる。
【００３５】
更に、前記供給管は、最外層として断熱材若しくは耐火材より成る層を形成することが好ましい。最外層を断熱材若しくは耐火材とすることにより、供給管の先端部に至る間の管壁への温度の伝播を効果的に抑制し、該廃プラスチックス破砕片の温度上昇を効果的に防止できる。
【００３６】
かかる断熱材若しくは耐火材としては、例えば煉瓦、セラミックス、石膏、石綿等公知のものを適用することができる。
【００３７】
上述した供給管中の廃プラスチックス破砕片の溶着防止手段は、それぞれ単独或いは組み合わせて採用することができる。
【００３８】
本発明において、供給管からの廃プラスチックス破砕片の供給方法は特に制限されない。例えば、二次空気ダクトとの圧力差により自然供給する方法、スクリューフィーダーにより強制供給する方法、空気等のキャリアガスによって強制供給する方法などが挙げられる。
【００３９】
上記供給管の直径は、廃プラスチックス破砕片の平均体積や単位時間当たりの投入量に応じて適宜選べばよいが、一般には１００〜５００ｍｍ程度のものが好適である。
【００４０】
また、プラスチック破砕片の供給に際しては、その発熱量を予め測定し、発熱量により適当な分類、例えば３〜５種類の発熱量区分に分類して管理し、分類毎にその一種又は複数種の混合物を使用し、発熱量を制御することが好ましい。
【００４１】
本発明において、二次空気ダクトに供給された廃プラスチックス破砕片は、該ダクト内で分解してガス化すると共に、一部又は全部が燃焼する。そして、かかる燃焼熱は、仮焼炉に至り、仮焼炉に設けられたバーナーの燃料使用量を低減することができる。また、廃プラスチックス破砕片は二次空気ダクト内で分解し、更には燃焼するため、極めて短いガス滞留時間（数秒）を有する仮焼炉の出口に至るまでに燃焼を完結することができ、該仮焼炉による原料の仮焼温度を安定に保持することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明より理解されるように、本発明によれば、仮焼炉の燃料として多量の廃プラスチックスを使用した場合においても、仮焼炉出口までに燃焼を完結せしめることが可能であり、安定に原料の仮焼を行うことができる。
【００４３】
その結果、セメントの品質に影響を与えることなく、且つ、セメント製造設備の安定的な運転を維持しつつ、仮焼炉におけるバーナーの燃料使用量を低減することができる。
【００４４】
また、二次空気ダクトに、単に、廃プラスチックス破砕物の供給設備を設けるだけで、分解装置等の大掛かりな装置を別途必要とせず、簡便に廃プラスチックス破砕物の燃料化を実施することが可能であり、その工業的価値は極めて高いものといえる。
【００４５】
【実施例】
実施例１
図１に示す装置を使用し、下記の方法によってセメントを製造した。
【００４６】
即ち、セメント原料焼成用のロータリーキルン５の、原料Ａの供給側に仮焼炉２を備えたサスペンションプレヒーター１を、セメントクリンカー排出側に冷却空気によりセメントクリンカーを冷却するためのクーラー６をそれぞれ接続し、該クーラーと仮焼炉とを接続してクーラーより排出される熱空気を仮焼炉に二次空気として導入するための二次空気ダクト８を設けて構成されたセメント製造設備において、該二次空気ダクトの仮焼炉入口から１０ｍの距離に廃プラスチックス破砕片Ｂの投入口を設けた。
【００４７】
供給管は、内径１９１ｍｍで、先端に至る壁部を中空とし、該中空部に冷媒として水を流すようにした銅製のものを使用した。
【００４８】
クーラーからの熱空気が、温度７５０℃、平均流速１３ｍ／秒で流れる二次空気ダクトに、前記供給口から平均体積０．４ｃｍ³の廃プラスチックス薄片（厚み６００μｍのポリエチレンフィルムの破砕片）を１０ｋｇ／分の量で供給した。
【００４９】
廃プラスチック破砕片の投入により、仮焼炉温度が約５０℃上昇したので、仮焼炉の燃料を減少させて元の温度に調節した。廃プラスチックス薄片の供給量を一定とし、仮焼炉出口温度を連続的に測定した結果、±１０℃の範囲に保つことができた。
【００５０】
また、廃プラスチックス薄片の投入量を増加させたところ、少なくとも仮焼炉燃料の１５％までは、仮焼炉出口温度を安定に維持することを確認した。
【００５１】
比較例１
２ｃｍ³の大きさとなるように破砕した廃プラスチックス破砕片（ポリエチレン）を使用した以外は、実施例１と同様にして二次空気ダクトに廃プラスチックス破砕片を供給した。
【００５２】
その結果、仮焼炉出口温度は、±３０℃の温度範囲で大きく変化したため、直ちに供給を打ち切った。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための代表的なセメント製造設備の態様を示す概略図
【符号の説明】
１サスペンションプレヒーター
２仮焼炉
３バーナー
４サイクロン
５ロータリーキルン
６クーラー
７セメントクリンカー
８二次空気ダクト

Claims

セメント原料焼成用のロータリーキルン、仮焼炉を備えたサスペンションプレヒーター、冷却空気によりセメントクリンカーを冷却するためのクーラー及び二次空気ダクトよりなり、該ロータリーキルンの原料供給側にサスペンションを、セメントクリンカー排出側にクーラーをそれぞれ接続し、更に該クーラーとサスペンションプレヒーターの仮焼炉とを二次空気ダクトにより接続してクーラーより排出される熱空気を仮焼炉に二次空気として導入するようにしたセメント製造設備によりセメントを製造するに際し、平均体積が１ｃｍ^３以下の大きさとなるように調整された廃プラスチックス破砕片を、上記二次空気ダクト内に、仮焼炉から下記式で示される距離Ｌ（ｍ）以上離れた位置において、直接投入することを特徴とするセメントの製造方法。
Ｌ＝１０．５×Ｖ×（１．３２×Ｔ^{−０．０４２}）×（０．０１１２×ｖ^１．９５）
（但し、Ｖは廃プラスチックス破砕片の平均体積（ｃｍ^３）、Ｔは二次空気ダクトを流れる熱空気の温度（℃）、ｖは二次空気ダクトを流れる熱空気の流速（ｍ／秒）を示す。）
廃プラスチックス破砕片が廃プラスチックス薄片である請求項１記載のセメントの製造方法。