JP4682369B2

JP4682369B2 - 廃プラスチック燃料

Info

Publication number: JP4682369B2
Application number: JP2000223039A
Authority: JP
Inventors: 秀世加納
Original assignee: 秀世加納
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2020-07-24
Also published as: JP2002038172A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃プラスチックを粉砕し、カロリー調整の上、適当な粒度に粉砕して溶鉱炉、焼却炉等の燃料の製造に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、工場等から排出される廃プラスチックは材質毎に区分して排出することが可能であり、したがって、それを原料として再利用することが比較的容易であることから、再利用の実績も上がっている。しかし、一般家庭から排出されるプラスチックは材質による分別が充分には行われないのが実状であったが、最近では、地方自治体やある種の団体等においては使用済みＰＥＴボトルと包装用の使用済み発泡スチロールについてのみ分別して回収を行い、その再利用の促進を奨励しているところであるが、再生材料とするための加工コストが嵩み、繊維や成形品として再利用される量は極めて少なく、滞貨が激増しているのが現実で、その大多数のものは焼却やごみの埋立地に投棄することが必要となりつつある。
【０００３】
上記の焼却を例えば都市ごみの焼却炉において行った場合、プラスチックの燃焼熱量が非常に大きいことから、燃焼炉の炉壁を早期に焼損させること、および大気汚染につながる排気ガスの発生が大きな問題となっている。
【０００４】
高炉などの金属溶融炉において燃料は主としてコークスが、また、補助的に重油、石炭等が使用されている。さらには、廃プラスチックを重油に代えて燃焼させている。この廃プラスチックは２，０００℃付近の高温で一酸化炭素と水素に分解した合成ガスとなり、高炉上部で鉄鉱石（Ｆｅ_２Ｏ_３）に含まれる酸素がこの水素と一酸化炭素と反応して鉄（Ｆｅ）を分離させる作用を果たしている。このように重油に代えて、若しくは重油と共に燃焼させるためには廃プラスチックを微粉状にして高炉下部の２，０００〜２，１００℃の燃焼ゾーンにノズルを通して空気と共に吹き込み、燃焼、ガス化させることが必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような用途に使用される廃プラスチックとしては主としてポリエチレン（以下、ＰＥと略記する）、ポリプロピレン（以下、ＰＰと略記する）等の高熱量を有するポリオレフィン系包装用資材（主としてフィルム）であった。しかし、最近では調味料や飲料用包装材としてのＰＥＴボトルが大量に廃棄されるようになったことからその処理、処分が問題となっている。このＰＥＴの燃焼熱量は理論上は５，０００〜５，５００ｋｃａｌ／ｋｇ程度で、これを重油に代替させて、または重油と共に使用するためには、重油と同程度の燃焼熱量を保有し、かつ、炉内への投入が容易な形態に整えることが望まれているのである。
【０００６】
また、高温で大きな上昇気流を生じている炉内において、プラスチック燃料を燃焼部位に空気と共に投入し、そこで燃焼させるためには速やかな着火、燃焼が必要である。このために廃ＰＥＴにはＰＰやＰＥ等の易燃焼材を混合して燃焼性を向上させると共に燃焼熱量を調整することが課題となる。
【０００７】
石炭の燃焼熱量が５，０００〜７，５００ｋｃａｌ／ｋｇであるに対してプラスチックの熱量は軟質ＰＥが１１，１４０ｋｃａｌ／ｋｇ、硬質ＰＥが１０，９６５ｋｃａｌ／ｋｇ、ＰＰが１０，５０６ｋｃａｌ／ｋｇ、ポリスチレンが９，６８０ｋｃａｌ／ｋｇ程度である。ＰＥＴの燃焼熱量は計算値でほぼ６，１００ｋｃａｌ／ｋｇ程度であるが家庭から廃棄されたＰＥＴボトルには不純物が付着していることからもっと低く５，０００〜５，２００ｋｃａｌ／ｋｇであると推定される。これらのことから、石炭の代替燃料としてＰＥ、ＰＰ等を大量に使用することは発熱量および温度管理に問題があり、石炭、重油と同程度すなわち、ほぼ５，５００〜７，５００ｋｃａｌ／ｋｇの廃プラスチック燃料として供給されることが期待されている。
【０００８】
【課題を解決するために手段】
上記課題を解決するために本発明は、燃焼時の発熱量が小さく比重の比較的大きい使用済みボトルを主としたＰＥＴ樹脂廃材に、燃焼カロリーが大きく比重の小さいＰＥおよび／またはＰＰを、或いはそれに加えて他の熱可塑性樹脂を溶融混合し、これを粉砕することによって高炉、溶鉱炉内への空圧による投入、いわゆる気送が容易な燃料形態とした。すなわち、使用済み等の廃プラスチックの中、主としてＰＥＴとその他の熱可塑性樹脂を粉砕し溶融混練して後、１０ｍｍ以下、望ましくは２ｍｍ以下の細粒とし、燃焼熱量を５，０００ないし８，０００ｋｃａｌ／ｋｇ、望ましくは５，５００ないし７，５００ｋｃａｌ／ｋｇの廃プラスチック燃料とした。
【０００９】
これによって、この燃料は比重が１．３程度となり、ＰＥ（比重が０．９１〜０．９６ｇ／ｃｍ^３）、ＰＰ（比重が０．８９〜０．９１ｇ／ｃｍ^３）に比べノズルを通じての空気圧による炉内所要部位への投入が容易になり速やかな着火、燃焼が可能になった。
【００１０】
また、前記の廃プラスチック燃料において、ＰＥＴ６０〜７０％に対してＰＥまたは／およびＰＰを３０〜４０％（それぞれ重量比）を配合したことにより、燃焼カロリーが石炭とほぼ同様の６，５００〜７，５００ｋｃａｌ／ｋｇとなりこれを石炭、重油等と共に、またはこれに代替して使用しても炉内温度分布のばらつきを来すことが少なく、また、炉壁を損傷することもなくなる。
【００１１】
さらに、前記、ＰＥＴ樹脂６０〜７０重量％に対してＰＥまたは／およびＰＰ３０〜４０重量％の混合において、他の熱可塑性樹脂１０〜２０重量％の範囲内で前記ＰＥまたはＰＰに置き代えて混合し細粒化又は粉砕することによっても比重、燃焼カロリーが溶鉱炉内の燃焼に適正を有する燃料が得られる。
【００１２】
このように、使用済みの熱可塑性プラスチックを素材としてこれを粉砕した本廃プラスチック燃料は、例えば塵芥焼却炉の上部に設置されたクレーンなどの煤煙に汚染された窓ガラスに適当な圧縮空気をもって吹き付けることよりそこに付着した煤煙を簡単に剥離させ、明瞭な視野を回復することになるのみならず、該プラスチック燃料は落下して塵芥の燃焼助材となるという二重の効果が得られた。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のプラスチック燃料について詳細に説明する。本発明燃料は主として廃棄ＰＥＴボトルを粉砕したＰＥＴ材料と、同じく廃棄されたＰＥ又はＰＰ、或いはその他の熱可塑性樹脂例えばポリスチレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール等をそれぞれ粉砕した材料を、ＰＥＴ６０〜７０重量％に対して、ＰＥ３０〜４０重量％、またはＰＰを３０〜４０重量％を混合し、これをさらに押出成形機１０に投入して加熱シリンダー１１内で溶融混合する。この押出成形機による混錬押出においてはシリンダー温度をＰＥＴの成形温度（およそ２３０〜２８０℃）とし、スクリュ背圧は１０ｋｇ／ｃｍ^２前後に設定する。これにより溶融した廃プラスチックはそのノズル１２から塊状物成型用金型１３のキャビティ１３ｃ内に充填されて塊状に成形される。そしてキャビティから取り出した成形品１４は水中などに投入して急冷する。
【００１４】
このようにして塊状物成型用金型１３から得られた塊状成形品１４は例えば６０ｍｍ×６０ｍｍ×３０ｍｍ程度ないしそれ以下であればこれを高炉、溶鉱炉などの上方から溶湯中に投入して急激に燃焼させることに使用される。このときに発生する燃焼ガスが溶湯中のＣＯ_２等のガスと反応していわゆるガス抜きないしは消泡が行われる。
【００１５】
また、上記の塊状成形物１４は、らい塊機や粉砕機で粉砕され、ふるいなどによって一辺が５〜１０ｍｍ程度のもの、２〜５ｍｍ程度のものおよび２ｍｍ以下のものにふるい分けられる。
【００１６】
前記の廃プラスチックの配合において、重量比３０〜４０重量％のＰＥまたはＰＰに代えて、それぞれＰＥおよびＰＰをほぼ５０：５０など適宜の割合で混合したものを前記廃ＰＥＴに混合しても良いことは勿論である。これらのプラスチックは原則として使用済み廃プラスチックであり、ポリスチレンやポアミドなどの他の熱可塑性プラスチックが若干混入していても特に問題はない。
【００１７】
また、前記の３０〜４０重量％の配合比としたＰＥ、ＰＰを他の熱可塑性樹脂に置き換えることも可能である。この場合の熱可塑性樹脂には発泡ポリスチレン（燃焼熱量が９，８００ｋｃａｌ／ｋｇ、以下同様で、数値のみを記載する）、ポリスチレン（９，６０４）、ＡＢＳ樹脂（８，４２０）、ＡＳ樹脂（８，３２０）、ポリアミド（７，３７１）、ポリカーボネート（７，２９４）、メタクリル樹脂（６，２６５）等があげられるが、この記載の順で発熱量が小さくなることからＰＥＴへの添加混合量は順次大きくすることが必要で、いくらかのＰＥ，ＰＰの混合が必要となる場合がある。
【００１８】
以上の工程により得られた小粒化された本発明の廃プラスチック燃料は比重がほぼ１.２〜１．３程度であり、前記のように一度金型に充填され、固形化されることからかさ比重が比較的大きく０．５３ｇ／ｃｍ^３以上となり、燃焼熱量はおよそ６，５００〜７，５００ｋｃａｌ／ｋｇの範囲内に調整する。なお、廃プラスチック燃料のかさ比重が小さくなると、炉内の上昇気流によって上昇せしめられることになり不都合であったが、前記のかさ比重では、上方に舞い上がることなく良好な燃焼が得られる。
【００１９】
以上により製造された廃プラスチック燃料は１０ｍｍ以上のものは高炉２０（図２）のなどにおいて上方から投入焼却されて燃料兼ガス抜き剤として、１０ｍｍ以下のものは重油等の代用燃料として高炉２０の羽口２１より圧空により投入され燃焼されるばかりではなく、同時に２０００℃付近の高温で一酸化炭素と水素に分解し、その分解ガスが高炉上部２２で鉄鉱石に含まれる酸素と反応して鉄と分離させるという還元作用をなす。
【００２０】
また、５ｍｍ以下ないし２ｍｍ以下に粉砕された本発明の廃プラスチック燃料は塵芥焼却炉の上部に設置されたクレーンの窓ガラスに圧搾空気と共に吹き付けられて、該ガラスに付着した煤煙を取り去る窓用洗浄剤として利用され、それが落下すれば燃焼助剤となる。
【００２１】
本廃プラスチック燃料は、一般の焼却炉、ボイラー等の加熱炉等においても燃料として使用し得ることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
以上の構成になる本発明の廃プラスチック燃料は石炭とほぼ同量の燃焼熱量６５００〜７５００ｋｃａｌを有することから、鉄鉱石の溶鉱炉、高炉等に石炭、重油などの代替燃料として使用することができる。
【００２３】
前記のように廃プラスチック燃料を細粒としたことにより炉内への空圧による投入が可能となり、かつ、着火燃焼が早く、炉内に発生する上昇気流にも拘わらず炉底近くで燃焼を完了することが可能になった。すなわち、重油がバーナーの先端で炎となるのと同様に廃プラスチック燃料が炎となり、燃えながら炉内を浮遊することはない。
【００２４】
また、廃プラスチック燃料を２ｍｍ以下の細粒としたこにより、これをエアーに混入して煤煙に汚染された窓ガラスに吹き付けることが可能で、これにより細粒が窓ガラスに衝突して煤煙をはぎ取ることからガラス表面は清浄になる。しかも、細粒は塵芥焼却炉中に落下して助燃材となる効果を有する。
【００２５】
本発明に係る廃プラスチック燃料は一般的な焼却炉やボイラーの熱源或いは助燃剤として利用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、廃プラスチックの製造装置であって、（ａ）は押出成形機のヘッドと金型部、（ｂ）は金型のキャビティ面を、（ｃ）は成形品を示した斜視図である。
【図２】図２は高炉の断面図で、本廃プラスチック燃料はその側面から圧空輸送により投入燃焼する。
【符号の説明】
１０押出成形機
１１シリンダー
１２ノズル
１３金型
１４成形品
２０高炉
２１羽口
２２還元

Claims

使用済み等の廃プラスチックの中、主としてＰＥＴ樹脂にその他の熱可塑性樹脂を粉砕混合する工程、
その混合粉砕物を押出成形機により溶融混練し、塊状に形成する工程、成形品を急冷する工程および
一辺が５ｍｍ以下に破砕する工程を経てかさ比重が０．４以上で、５，５００〜８，０００ｋｃａｌ／ｋｇの燃焼熱量を有するものとした塵埃焼却炉上方に設置される走行クレーンなどの窓硝子に噴射することに特徴を有する廃プラスチック燃料。
重量比６０〜７０％のＰＥＴ樹脂廃棄物と、重量比３０〜４０％のポリエチレンまたは／およびポリプロピレンの廃棄物を同時に、または別個に粉砕してこれを混合し、さらに押出成形機で加熱混練し塊状に形成する金型に充填し、これを水冷により固化して後、一辺が５ｍｍ以下の細片に粉砕したことを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック燃料。
重量比６０〜７０％のＰＥＴに対して、重量比２０〜３０％のポリエチレンまたは／およびポリプロピレン、および重量比１０〜２０％の他の熱可塑性樹脂を混合したことを特徴とする請求項１記載の廃プラスチック燃料。