JP4593657B2 - 固体燃料 - Google Patents

Description

本発明は固体燃料に関する。さらに詳しくは、廃棄された木材、紙およびプラスチックを有効に利用した固体燃料に関する。より具体的には、木材、紙およびプラスチックの廃棄物を効果的に利用するとともに、燃焼後有害なガスや残渣が可及的に少なくしかも発熱量が大きい固体燃料、殊に発電用燃料に適した固体燃料に関する。

生活の近代化とともに、家庭生活、生産工場および加工工場などから木材屑、紙屑およびプラスチックなどの廃棄物が大量に発生し、その処分が社会問題となっている。これらの廃棄物は、大部分が回収され、焼却されたり土中に埋め込まれている。しかしこれら廃棄物を回収した後、生活用品へ再利用したり或いはエネルギー源へ利用する割合は徐々に増加しているが未だ充分とは云えない。
殊に古い家屋からの廃材や間伐材、古紙の一部などは、回収や区分のための多大の費用を要し、再利用が困難であり、焼却処分されていた。一方廃プラスチックは、ペットボトルの回収は自治体を中心に一部回収され再利用されているものの、他のプラスチックは、樹脂の種類や形状が多く、回収と区分けの費用が過大になり、現実にはその大部分は再利用されず焼却されていた。

そこで本発明者は、再利用化が困難であった廃木材や古紙を利用し、また区分けが困難であった廃プラスチックを焼却処分することなく、エネルギー源として使用しうる固体燃料の開発のために鋭意研究を進めた。
その結果、廃木材および古紙を一定の大きさに細片化し、廃木材を一定割合使用し、これらに廃プラスチックを一定の少割合混合して加熱成形すると、プラスチックがバインダーとなって一定形状の大きさの固体形状を保持でき、燃料として発熱量も大きくかつ有害ガスや有害残渣の発生も少なく発電用の固体燃料として有効であることが判明した。
かくして本発明によれば、焼却処分以外に利用価値がなかった廃木材、古紙および廃プラスチックのそれぞれを有効に利用して、エネルギー源として活用でき、殊にクリーンエネルギー源としての発電用に使用しうる固体燃料を提供することが可能となった。
特許文献１には、古紙と廃プラスチックを用いた固形燃料が提案されている。この固形燃料は、現実には古紙１００重量部に対して廃プラスチック２５〜１００重量部の組成であり、廃プラスチックが比較的多量（全体として２０〜５０重量％）使用されている。この特許公開公報は、木質系廃材をさらに配合してもよいことが記載されているが、実施例において配合されている木質系廃材の割合は、全組成当り高々１０重量％程度である。前記固形燃料は、廃プラスチックの配合割合が比較的多く、そのためポリ塩化ビニルの混入による燃焼時の併害を少なくするために、得られた固形燃料を熱処理して脱塩素するという操作を必要とする。
特開平７−８２５８１号公報

本発明によれば、下記（１）〜（６）の固体燃料が提供される。
（１）大きさが１〜２５ｍｍの木細片、大きさが１〜２５ｍｍの紙細片および熱可塑性樹脂の混合物よりなり、該混合物は該木細片および該紙細片の合計重量８０〜９５重量部に対して該熱可塑性樹脂５〜１５重量部および該木細片：該紙細片の割合が重量で２０：８０〜９０：１０よりなりかつ成形されていることを特徴とする固体燃料。
（２）１個当りの大きさが平均で１５〜６０ｃｍ^３である前記（１）記載の固体燃料。
（３）円筒状の形状を有する前記（１）記載の固体燃料。
（４）見掛け比重が０．４〜０．５ｇ／ｃｍ³である前記（１）記載の固体燃料。
（５）発熱量が２０〜３０ＭＪ／Ｋｇである前記（１）記載の固体燃料。
（６）火力発電用として使用するための前記（１）記載の固体燃料。

本発明の固体燃料は廃木材、古紙および廃プラスチックをバランスよく利用して、新しいエネルギー源、殊に発電用エネルギー源として有効に活用しうるものである。本発明の固体燃料は、焼却処分する対象であった木材、紙およびプラスチックの廃棄物を使用して、有害なガスや有害な残渣の発生が少なく、かつ発熱量の大きい新しいタイプの固体燃料となりうるものである。
殊に本発明の固体燃料においては、廃木材を特定の大きさの細片としかつ一定の割合使用することにより、比較的少ない樹脂の使用割合であっても、樹脂がバインダーとして有効に機能し、固体燃料として成形することが可能となった。少ない樹脂の使用によって発熱量を制御できしかもポリ塩化ビニルなどの塩素系樹脂の混入割合を可及的に少なくできるので、熱処理などの脱塩素操作を特に必要としない。

本発明の固体燃料は、木細片、紙細片および熱可塑性樹脂の混合物を成形して得られた固体物であり、それぞれの原料は廃棄物として処分の対象となったものが利用される。以下それぞれの原料組成比、成形方法について説明する。

（ａ）木細片
木細片の原料としては、古い家具、古い家屋などの建築物を解体して回収された廃材、製材工場からの木屑や端材、間伐材、使用済のパレットなどが使用される。その木の種類は特に制限されない。前途した廃材は、乾燥したものはそのまま、含水したものは乾燥した後、破砕して使用される。製材工場から回収された木屑は、その大きさが後述する範囲であれば、そのまま破砕することなく使用できる。
破砕した木細片の大きさは、１〜２５mm、好ましくは２〜２０mmの範囲が望ましい。ここで云う大きさとは、木細片の最大径を意味する。具体的に目開きが２５mm以下、好ましくは２０mm以下の篩を通過したものを原料として使用することができる。破砕された木細片の形状は、特に制限されないが、例えば歯の付いたロータリー型の破砕機にて粉砕したものであればよい。木細片は乾燥したものが好ましく、水分含有量が２０重量％以下望ましくは１５重量％以下であれば何等支障がない。

（ｂ）紙細片
紙細片の原料としては、古本、新聞紙、ダンボール、事務用紙などの再生紙としてリサイクルされる古紙のみならず、再生紙として利用され難いコーティング紙やラミネート紙なども使用することができる。紙原料は裁断もしくは切断することにより１〜２５mm、好ましくは２〜２０mmの大きさとする。ここで云う大きさとは、目開き２５mm以下、好ましくは２０mm以下の篩を通過するものを意味する。原料として使用する紙細片は、乾燥されたものであればよいが、通常水分を１５重量％以下、好ましくは１０重量％含有していてもよい。

（ｃ）熱可塑性樹脂
熱可塑性樹脂としては、廃プラスチックとして回収されるものが利用され、特に融点が８０〜１８０℃、好ましくは９０〜１５０℃のものが適当である。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ＡＢＳ、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂およびゴムなどが挙げられるが、これらは廃プラスチックを利用されることから、通常混合物として使用される。ポリ塩化ビニルは、燃焼時に有害ガスを発生するため望ましくないが、本発明の固体燃料では、樹脂の含有割合が比較的少ないので樹脂中に少割合のポリ塩化ビニルの混入は特に問題となることは少ない。
また熱可塑性樹脂中に１５重量％以下、好ましくは１０重量％以下の熱硬化性樹脂が混入しても成形に支障がない限り何等差支えがない。
熱可塑性樹脂は、木細片および紙細片と混合してバインダーとして機能するものであるから、これら細片と良好にかつ緊密に混合され分散するように、小さく破砕して使用するのが望ましい。具体的には５０ｍｍ以下、好ましくは４０ｍｍ以下の径をするものが望ましい。そのために破砕した後、目開きが５０ｍｍ以下、好ましくは４０ｍｍ以下の篩を通過したものが使用される。また熱可塑性樹脂としては、廃プラスチックを再溶融して、チップ化またはペレット化して前記の大きさとしたものでもよい。

（ｄ）組成化
本発明の固体燃料における木細片：紙細片の割合は、重量で２０：８０〜９０：１０の範囲、好ましくは２５：７５〜８５：１５の範囲、特に好ましくは３０：７０〜８０：２０の範囲である。かかる範囲とすることにより、相対的に少ない樹脂の使用によって固体化し得るとともに廃木材と古紙のバランスのよい再利用が可能となり、発熱量が安定したものとなる。また木細片と紙細片の合計重量８５〜９５重量部に対し熱可塑性樹脂５〜１５重量部であり、好ましくは木細片と紙細片の合計重量８７〜９３重量部に対し熱可塑性樹脂７〜１３重量部である。

（ｅ）成形方法
前記した木細片、紙細片および熱可塑性樹脂を前記割合に混合して、混合物を例えば１００〜１６０℃、好ましくは１１０〜１５０℃、特に好ましくは１２０〜１４０℃に加熱して熱可塑性樹脂が溶融してバインダーとして緊密に分散するように加圧・圧縮することが好ましい。
殊に木細片と紙細片を予め混合しておき、その両者の混合物に熱可塑性樹脂を混合する方法が好ましく、混合および加熱する機械としては一軸または二軸の加熱押出機を利用することができる。
特に二軸のスクリュー押出機の使用が望ましい。押出機より圧縮押出された組成物は、具体的には円形状のノズルが排出し、適当な長さに切断することにより、円筒状の形状した成形物となる。
この際、円形状のノズルの直径を２５〜５０ｍｍ、好ましくは３０〜４０ｍｍとすること、切断長さを２０〜７０ｍｍ、好ましくは２５〜６５ｍｍとすることにより、固体燃料として望ましい大きさのものとすることができる。

（ｆ）固体燃料の特性
本発明の固体燃料は前記した成形方法で製造することが工業的に好ましいので、形状は円筒形乃至角柱形が望ましいが、特に円筒形が有利である。また大きさとしては、一個当たりの容積として平均で１５〜６０ｃｍ^３、好ましくは２０〜５５ｃｍ^３が望ましい。
また固体燃料の見掛け比重が０．４〜０．５ｇ／ｃｍ^３、好ましくは０．４２〜０．４８ｇ／ｃｍ^３の範囲が望ましい。
固体燃料は木細片および紙細片の組成比のバランスが良くかつ熱可塑性樹脂の割合が相対的に少ないことから発熱量が安定しておりその発熱量は２０〜３０ＭＪ／ｋｇ、好ましくは２２〜２８ＭＪ／ｋｇである。従って本発明の固体燃料は廃木材、古紙および廃プラスチックをバランスよく利用したものであり、また発熱量も高く安定していることから火力発電用の燃料として有利に使用される。

以下実施例を示して本発明を具体的に説明する。
なお以下の実施例中使用した木細片、紙細片および熱可塑性樹脂は下記のものを使用した。
（イ）木細片；
建設系廃材および製材系端材などからなる廃木材の破砕したもの（大きさ２５ｍｍ以下）。
（ロ）紙細片；
各種包装用紙廃材および保護フィルム付紙廃材からなるものを破砕したもの（大きさ２５ｍｍ以下）。
（ハ）熱可塑性樹脂
ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）およびポリアクリレート樹脂（ＰＡ）の混合物の粉砕物（大きさ４０ｍｍ以下）。

実施例１
木細片８０重量部および紙細片１０重量部の混合物に熱可塑性樹脂１０重量部を混合し、１３０℃に加熱した二軸スクリュー押出機にて押出し直径約３５ｍｍの円筒状固体燃料を得た（長さ６５ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重（嵩比重）発熱量および塩素含有量を表１に示した。

実施例２
木細片、紙細片および熱可塑性樹脂の混合割合をそれぞれ４５重量部、４５重量部および１０重量部とし、加熱温度を１２５℃とする他は実施例１と同様にして円筒状固体燃料を得た（長さ６０ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重（嵩比重）、発熱量および塩素含有量を表１に示した。

実施例３
木細片、紙細片および熱可塑性樹脂の混合割合をそれぞれ５０重量部、４０重量部および１０重量部とし、加熱温度を１２５℃とする他は実施例１と同様にして円筒状固体燃料を得た（長さ６０ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重、発熱量および塩素含有量を表１に示した。

実施例４
木細片、紙細片および熱可塑性樹脂の混合割合をそれぞれ５０重量部、４５重量部および５重量部とし、加熱温度を１２０℃とする他は実施例１と同様にして円筒状固体燃料を得た（長さ１０ｍｍ）。
この固体燃料の見掛け比重、発熱量および塩素含有量を表１に示した。

実施例５
木細片、紙細片および熱可塑性樹脂の混合割合をそれぞれ４５重量部、４０重量部および１５重量部とし、加熱温度を１２５℃とする他は実施例１と同様にして円筒状固体燃料を得た（長さ７０ｍｍ）。
この固体燃料の見掛け比重、発熱量および塩素含有量を表１に示した。

Claims (6)

1. 大きさが１〜２５ｍｍの木細片、大きさが１〜２５ｍｍの紙細片および熱可塑性樹脂の混合物よりなり、該混合物は該木細片および該紙細片の合計重量８５〜９５重量部に対して該熱可塑性樹脂５〜１５重量部および該木細片：該紙細片の割合が重量で２０：８０〜９０：１０よりなりかつ成形されていることを特徴とする固体燃料。
2. １個当りの大きさが平均で１５〜６０ｃｍ^３である請求項１記載の固体燃料。
3. 円筒状の形状を有する請求項１記載の固体燃料。
4. 見掛け比重が０．４〜０．５ｇ／ｃｍ³である請求項１記載の固体燃料。
5. 発熱量が２０〜３０ＭＪ／Ｋｇである請求項１記載の固体燃料。
6. 火力発電用として使用するための請求項１記載の固体燃料。