JP4733822B2 - 廃棄プラスチック粒状化物の成形方法および成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄プラスチックを原料として、ガス化炉、油化プラント、製鉄用高炉、コークス炉、その他の反応設備で使用する化学原料用、もしくは、燃料用の粒状化プラスチックを製造する方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、その他のプラスチックは、成形性と耐久性に優れていることから、容器、包装、家電品の外枠、おもちゃ、等の多岐にわたる用途に用いられている。しかし、その結果、廃棄物としても大量に廃棄されている。廃棄物として発生するプラスチックは、型抜きの残り屑や成形時の切り残り等の加工工程から発生する廃棄プラスチック（以下、屑プラスチックと称す）と、容器包装プラスチックや製品プラスチックが使用後に廃棄される使用済みの回収プラスチック（以下、使用済みプラスチックと称す）が存在する。
【０００３】
大量のプラスチック廃棄物が発生することは、大きな社会問題となっており、特に、環境や資源上の問題が大きい。つまり、これらの廃棄プラスチックを、廃棄物として焼却する場合は、燃焼温度が上がりすぎて、焼却炉を損傷したり、燃焼時に有害ガスやダイオキシンを発生したりする問題がある。また、特に、使用済みプラスチックは、埋立処理することが多く、この場合には、処分場寿命短縮の問題以外に、プラスチックは腐敗しないため、土壌が固化しない問題があった。
【０００４】
したがって、これらの廃棄プラスチックをリサイクルすることは、前述の問題点を解決するとともに、省エネルギーと省資源の観点からも有利であることから、種々の方法が実施されてきていた。例えば、材料リサイクルの方法については、ポリエチレンテレフタレートのビンをプラスチックや繊維の原料にする方法がある。また、化学リサイクルの場合には、ガス化や油化する方法などが行われている。さらに、燃料へのリサイクルについては、ポリ塩化ビニルを除去した後に、圧縮成形して製造する粒状化プラスチックをボイラーや工業炉の燃料として利用する方法が一般的である。
【０００５】
化学リサイクルは、利用用途が広く、天然原料を置換する省資源の観点から、リサイクル手法としては優れたものである。なお、化学リサイクルは、水素、一酸化炭素、その他へ転換するガス化法、高分子油へ転換する油化法、コークス炉等で、ガス、油化物などを得る乾留法、高炉に吹き込んで還元剤として使用する高炉還元法、その他がある。
【０００６】
廃棄プラスチックを燃料、もしくは、化学原料として、リサイクルするためには、異物を分離した後に粒状化する必要がある。粒状化処理の方法としては、例えば、特開平８-９９３１８に記載されるように、廃棄プラスチックを再利用に適正なサイズに破砕して、これを溶融するか、圧縮成形して、粒状のプラスチックを製造することが一般に行われている。廃棄プラスチックを溶融して粒状化する技術では、溶融のために特殊な装置が必要であり、また、溶融にともない発生するガスを処理しなければならないといった問題があり、圧縮成型法に比べて、処理が高価であった。圧縮成型法では、廃棄プラスチックを比較的低温で圧縮成形するため、処理費用が安価である利点がある。この粒状のプラスチックを燃料や化学原料用として、リサイクル工程で活用する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、廃棄プラスチックのリサイクルは、環境と資源の問題を解決する重要な方法である。しかし、廃棄プラスチックには無機質の異物や水分が混在しており、これらの混在物の効率的な処置が、廃棄プラスチックのリサイクル促進のために、重要な技術課題であった。特に、化学原料や燃料としてのプラスチックリサイクルにおいては、プラスチック粒状物の密度が低い場合は、ハンドリング性が悪化することや、成形の不良にともない発生する粉が輸送経路と貯蔵装置に居着くことに起因する問題が発生するなどの問題点が存在していた。つまり、化学原料用や燃料用には、形状に関して高品質プラスチック粒状物が求められていた。更に、廃棄プラスチックでも、特に家庭から回収された使用済みプラスチック（以下、一般廃棄物プラスチックと称す）は、これらの問題が多く存在した。
【０００８】
廃棄プラスチックには水分が付着しており、これが圧縮成形時の問題となることも認識されている。特に、一般廃棄物プラスチックは、容器包装に用いられたフイルム状のものが多く、比表面積が大きく、また、家庭での保管時や収集時に水分を含みやすいことから、付着水分が１０％を大きく超える場合も認められる。
【０００９】
ところが、従来は、一般的には化学原料や燃料には比較的水分の少ない廃棄プラスチックのみを使用しており、水分の多いプラスチックの処置のための有効な技術が考案されていなかった。また、従来からも，水分を多く含む一般廃棄物プラスチックの圧縮成形も行われていたが、これはリサイクルが目的でなく、埋立時の容積を少なくすることが、主目的で実施されており、形状や粉化率等の形状的な品質については、十分な技術対応がなされていなかった。
【００１０】
プラスチックに付着している水分が多い場合は、圧縮成形する際に、成形機内での付着水分の蒸発に熱を奪われ、廃棄プラスチックの温度が上がりきらず、プラスチックの軟化が不十分で粉の部分が多いことがある。また、特に付着水分が多い場合は、その水蒸気圧により半溶融状態のプラスチック内で突沸現象を誘発して、プラスチックが圧縮成形機の穴型から不連続的に飛び出すことにより、粒状化した成形体の形状が悪化する問題が生じていた。そのため、水分が多く付着している廃棄プラスチックを用いた圧縮成形では、形状的な品質が悪く、粉化しやすいプラスチック粒状物しか製造できずに、形状品質の良い成形体を製造する技術はなかった。
【００１１】
一般廃棄物プラスチックには、ひどい場合は、１５〜２０％近い水分が付着していることもあり、この際には、本発明者らが以前に発明した操業方法においても、成形体の形状悪化や突沸現象が発生していた。この問題解決のために、乾燥装置を備えて、予備乾燥を行うこともあるが、破棄プラスチックから付着水分の差分で５％以上の乾燥することは困難であった。つまり、廃棄プラスチックには、ポリエチレンのように１００℃程度の低温で軟化するものがあり、乾燥機の温度を上げられないことから、低温での効率の悪い乾燥しかできなかった。したがって、廃棄プラスチックの成形時の水分許容量の緩和のための新しい技術が求められていた。
【００１２】
また、一般廃棄物プラスチックは、雑多なプラスチック品種の集まりであり、部分部分によって、プラスチック品種の比率がまちまちである問題もあった。その結果、廃棄プラスチックの内で圧縮成型時の温度（約１００℃）で軟化して粒状化物のバインダーの働きをするポリエチレン等の低融点プラスチックと骨材の働きをするABS樹脂等の高融点プラスチックの比率が絶えず変化している。その結果、平均的には、圧縮成形に良好な低融点と高融点のプラスチックの比率である廃棄プラスチックを圧縮成形しても、部分部分では低融点と高融点のプラスチックの比率が適切な範囲を逸脱することがあった。この現象も粒状化物の形状品質や粉の発生に悪影響を与えていた。
【００１３】
このように、廃棄プラスチック、特に一般廃棄物プラスチックを化学原料や燃料として利用する際の粒状化物を製造する際には、形状品質の向上と粉化率の低下をもたらす、水分と廃棄プラスチックのプラスチック品種の偏在の問題を解決する新しい技術が求められていた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）から（６）の通りである。
（１）廃棄プラスチックを平均５０ｍｍ以下のサイズに破砕して、当該破砕された廃棄プラスチックを攪拌混合する操作を行った後に、穴型へ押し込む型式の圧縮成形機にて圧縮成形を行うにあたり、廃棄プラスチックの温度が９０〜１１０℃の温度となるように圧縮成形することを特徴とするコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法、
（２）廃棄プラスチックを攪拌する操作の以前に、廃棄プラスチックの付着水分比率を調整する装置を用いて、廃棄プラスチックの付着水分比率を調整することを特徴とする（１）記載のコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法、
（３）廃棄プラスチックとして、一部もしくは全部が家庭から排出された使用済みプラスチックを用いることを特徴とする（１）または（２）記載のコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法、
（４）平均５０ｍｍ以下のサイズに破砕された廃棄プラスチックを備蓄槽内で機械的に撹拌混合することを特徴とする（１）または（２）記載のコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法、
（５）５０ｍｍ以下のサイズに破砕された廃棄プラスチックをガスの運動エネルギーを用いて、攪拌混合することを特徴とする（１）または（２）記載のコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法、および、
（６）圧縮成形前の廃棄プラスチックの付着水分が廃棄プラスチック質量に対して１０．１〜１８％の範囲で、圧縮成形条件に適合する付着水分範囲に調整することを特徴とする（２）記載のコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、廃棄プラスチックを圧縮成形することによる化学原料や燃料用のプラスチック粒状物を製造する技術を種々検討して、以下に記載される方法および装置によって製造を行うことにより、水分が多く、また、プラスチック品種の偏在の大きい廃棄プラスチックから形状品位の良い粒状化物を得る技術を発明した。以下に、本発明による廃棄プラスチックの粒状化物製造方法と設備を図１により説明する。
【００１６】
まず、廃棄プラスチックから異物を除去した後に、プラスチック破砕機１で、廃棄プラスチックを破砕する。後工程である攪拌操作を容易にするために、廃棄プラスチックは、５０ｍｍ以下のサイズにしておくことが重要である。また、圧縮成形機６での適正な廃棄プラスチックのサイズが５０ｍｍ以下の場合は、その装置に要求されるサイズまで破砕しておく。
【００１７】
この破砕物を破砕物コンベア２にて搬送して、廃棄プラスチック攪拌装置の撹拌槽３に送る。廃棄プラスチック攪拌装置には、種々の型式のものがあるが、本例では、撹拌槽３に保持された破砕済みの廃棄プラスチックを撹拌子４で、機械的に撹拌混合する型式のものを示した。この外に、気流を用いて撹拌混合する型式の混合装置などでも良い。
【００１８】
撹拌槽３に保持された廃棄プラスチックを回転する撹拌子４を用いて、撹拌混合する。この操作により、撹拌槽３内部の廃棄プラスチックの品種成分をおよび水分を均一化する。
その後、攪拌後コンベア５にて搬送し、圧縮成形機６へ送る。
【００１９】
廃棄プラスチック、特に、家庭から回収された一般廃棄物プラスチックは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、雑多な品種のプラスチックから構成されている。これらのプラスチックは、圧縮成形の温度で、軟化しやすい低融点のポリエチレン等と軟化しづらい高融点のABS樹脂等に区分することができる。安定した圧縮操作を行うためには、圧縮成形の温度での廃棄プラスチックの低融点プラスチックからなる軟化部分と高融点プラスチックからなる非軟化部分の比率を変動させないことが重要である。つまり、軟化部分をバインダーとして、また、非軟化部分を強度を向上させる骨材として機能させる。そこで、軟化部分と非軟化部分の比率を安定化することで、粒状化物の品質形状を良くすることが行われている。この時、軟化部分の比率が３０〜６０％程度となるように、調整することが望ましい。また、圧縮成形の温度は、低融点プラスチックの比率により、９０〜１４０℃の間で制御することが、粒状化物の品質形状を良くするために有効な手段である。
【００２０】
破砕後の廃棄プラスチックを混合してプラスチックの品種成分を１０ｋｇ程度の単位で均一化することは、粒状化物の形状品質の向上のためには有効な手段である。圧縮成形機の押し込み時の成形胴内部のプラスチック煉込みの量が約１０ｋｇ程度であることから、１０ｋｇ程度の単位で廃棄プラスチックを均一化することが重要である。
【００２１】
また、廃棄プラスチック水分も均一化することにより、圧縮成型時のプラスチック温度の変動を押さえて、適正温度一定にコントロールすることが容易となる。つまり、水分の蒸発による熱ロスは、圧縮成型時の温度制御の撹乱要因であり、廃棄プラスチック水分も均一化することにより、圧縮成型時の温度制御を容易にすることができる。破砕後の廃棄プラスチックを攪拌することは、廃棄プラスチックの水分も均一化による圧縮成型時の温度制御の精度向上のためにも有効な手段である。
【００２２】
このように、破砕後の廃棄プラスチックを混合することにより、圧縮成形時のプラスチックの成型状態を制御することを容易にできる。更に、本発明者らは、付着水分が蒸発することが起因の突沸現象は、水分が極端に高い部分が圧縮・加熱されたときに生じることを突き止めた。そこで、本発明者らは、本発明による操業方法である破砕後の廃棄プラスチックの混合により、水分が極端に高い部分がないようにすることで、廃棄プラスチックの平均的な付着水分が比較的高い場合でも、突沸現象を防止できることを見出した。ただし、水分が１８％を越える場合は、攪拌操作を行った場合でも、突沸現象を防止できなかった。つまり、本発明は、廃棄プラスチックの平均的な付着水分が廃棄プラスチック質量に対して１８％以下の場合に特に有効である。
【００２３】
撹拌槽３にて、攪拌混合された破砕済み廃棄プラスチックは、圧縮成形機６に送られる。圧縮成形機６は、切断された廃棄プラスチックを穴型に押し込む機構を有する型式のものである。廃棄プラスチックは、スクリューにて、胴部内部に押し込まれる。この時に押し込みの機械的仕事の摩擦熱により、廃棄プラスチックの温度が上昇し、廃棄プラスチックは軟化する。廃棄プラスチックの温度を９０〜１４０℃の範囲の適正な温度とする。押しこまれて温度が上昇した廃棄プラスチックがエンドプレートの穴型から押し出され、廃棄プラスチック粒状物が生成する。
【００２４】
本発明者らは、廃棄プラスチックの付着水分管理は、成形時の温度制御に重要であることを解明した。つまり、例えば、付着水分が多すぎる場合は、この水分の蒸発に多くの熱を奪われるため、圧縮成形時の廃棄プラスチックの温度を上昇させることが困難となる。更に、廃棄プラスチックの品種成分の比率（低融点と高融点プラスチックの比率）によっても、圧縮成形時の廃棄プラスチックの温度の制御目標値が異なることも解明した。つまり、低融点プラスチックの比率が少ない場合は、比較的高温で圧縮成形し、低融点プラスチックの比率が多い場合は、比較的低温で圧縮成形することが重要である。
【００２５】
圧縮成型時の温度制御の方法には、いくつかあるが、最も有効な手段は、廃棄プラスチックの付着水分を変化させることによる温度制御である。つまり、本発明の実施設備の例として示した図１での廃棄プラスチック攪拌装置の撹拌槽３の以前に、廃棄プラスチックの付着水分を調整する装置を付けて、水分調整することを行う。この操業を行う設備の例を図２に示す。
【００２６】
プラスチック破砕機１にて破砕が完了した廃棄プラスチックの水分を乾燥する乾燥機７と加湿水供給器８にて、廃棄プラスチックの水分を目標値となるように調整する。水分調整を完了した廃棄プラスチックを攪拌装置の撹拌槽３に送り、品種成分と水分の均一化操作を行う。その後、廃棄プラスチックは、圧縮成形機６にて粒状化物となる。なお、水分の調整を行う装置は、破砕機の前に設置しても同様の効果が得られる。
【００２７】
このように、本発明を用いることにより、廃棄プラスチックを圧縮成形して製造する粒状化物の品質形状を良好にして、ガス化、油化、高炉還元剤、コークス炉原料等の化学原料、または、ボイラー等の燃料として適正な品質を実現することができる。本発明は、特に、雑多で水分の付着の多い、家庭等から回収された使用済みプラスチックの粒状化処理に最適な技術である。
【００２８】
【実施例】
【００２９】
【表１】

【００３０】
本発明を用いた設備での操業結果を実施例として表１に示す。実施例１は図１に示される水分調整機能を備えない設備での例であり、実施例２は図２に示される水分調整機能を備える設備での例である。また、攪拌機能を備えない設備での操業例を比較例として示す。設備の生産条件は、いずれも、直径２０ｍｍの粒状化物を、能力毎時２トンで製造するものである。操業に用いた廃棄プラスチックは、水分を１３％含む家庭等から回収された使用済みプラスチックである。なお、操業成績としては、形状の良好さを示す指標である、粒状化物の見かけ密度と粉の発生率を示す。
【００３１】
比較例では、廃棄プラスチックの水分および品種成分の均一化が行えていないことから、粒状化物の形状品質は悪く、見かけ密度が０.５５ｇ／ｃｍ³と低く、また、粉の発生比率も１１.５％と高かった。一方、実施例１では、廃棄プラスチックの水分および品種成分の均一化の効果により、粒状化物の形状品質が良く、見かけ密度が０.６８ｇ／ｃｍ³と高く、また、粉の発生比率も５.３％と低かった。更に、水分調整を行った実施例２では、水分をこの廃棄プラスチックの品種成分比率に最適な約１０％に制御したことから、粒状化物の形状品質は、特に良かった。粒状化物の見かけ密度が０.７１ｇ／ｃｍ³と高く、また、粉の発生比率も２．９％と良好な成績であった。
【００３２】
以上のように、本発明を用いた設備と操業方法を用いることにより、廃棄プラスチックの粒状化物の形状品質を良好にすることができた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、廃棄プラスチックを原料として、形状品質が良く、粉化ロスの少ない化学原料用や燃料用の廃棄プラスチック粒状物の製造が可能となる。その結果、廃棄プラスチックから化学原料や燃料として要求される品質を満足するプラスチック粒状物を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく、廃棄プラスチック粒状化物の成形設備の全体であり、水分調整機能のない設備フロー図の例を示す図である。
【図２】本発明に基づく、廃棄プラスチック粒状化物の成形設備の全体であり、水分調整機能のある設備フロー図の例を示す図である。
【符号の説明】
１ プラスチック破砕機
２ 破砕物コンベア
３ 撹拌槽
４ 撹拌子
５ 攪拌後コンベア
６ 圧縮成形機
７ 乾燥機
８ 加湿水供給器
９ 水分調整後コンベア

Claims (6)

1. 廃棄プラスチックを平均５０ｍｍ以下のサイズに破砕して、当該破砕された廃棄プラスチックを攪拌混合する操作を行った後に、穴型へ押し込む型式の圧縮成形機にて圧縮成形を行うにあたり、廃棄プラスチックの温度が９０〜１１０℃の温度となるように圧縮成形することを特徴とするコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法。
2. 廃棄プラスチックを攪拌する操作の以前に、廃棄プラスチックの付着水分比率を調整する装置を用いて、廃棄プラスチックの付着水分比率を調整することを特徴とする請求項１記載のコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法。
3. 廃棄プラスチックとして、一部もしくは全部が家庭から排出された使用済みプラスチックを用いることを特徴とする請求項１または２記載のコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法。
4. 平均５０ｍｍ以下のサイズに破砕された廃棄プラスチックを備蓄槽内で機械的に撹拌混合することを特徴とする請求項１または２記載のコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法。
5. ５０ｍｍ以下のサイズに破砕された廃棄プラスチックをガスの運動エネルギーを用いて、攪拌混合することを特徴とする請求項１または２記載のコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法。
6. 圧縮成形前の廃棄プラスチックの付着水分が廃棄プラスチック質量に対して１０．１〜１８％の範囲で、圧縮成形条件に適合する付着水分範囲に調整することを特徴とする請求項２記載のコークス炉原料として用いる廃棄プラスチック粒状化物の成形方法。

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