JP4737741B2 - 廃プラスチックの低温破砕設備及び該設備を備えた処理システム、並びに処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般廃棄物、産業廃棄物に含まれる廃プラスチックの処理に係り、特に、廃プラスチックを微粉化して、発電設備等の燃料に利用するなどのサーマルリサイクルに適した廃プラスチックの低温破砕設備及び該設備を備えた処理システム、並びに処理方法に関する。

近年、一般廃棄物、産業廃棄物に含まれる廃プラスチック量が急増しており、これらの処理が社会的に大きな問題となっている。廃プラスチックは燃焼時に発生する発熱量が高く、一般焼却炉で焼却処理した場合には炉壁等の炉体を損傷する惧れがあり、また廃プラスチックには塩化ビニール系のプラスチックも多く含まれていることから、この燃焼によって塩素ガスや塩素化合物系の有害ガスが発生し、これらの有害ガスは炉体への損傷を引き起こすとともに、大気中に放出されると人体や環境へ悪影響を与えるという問題がある。
従って、これらの廃プラスチックに含有される塩素化合物を除去し、さらに他の混合物を分離除去して無害化し、さらには廃棄物の減容化、資源の有効利用を目的として廃プラスチックのリサイクルが奨励されている。

廃プラスチックのリサイクル方法には大別して３種類存在し、廃プラスチックをそのまま原料として新製品を製造するマテリアルリサイクル、廃プラスチックに熱や圧力を加えて、元の石油や基礎化学原料に戻してから、再生利用するケミカルリサイクル、廃プラスチックを重油や石炭の代替エネルギーとして利用したり、燃焼した際に発生する熱エネルギーを電力に変えて再利用するサーマルリサイクルがある。廃棄物として回収される廃プラスチックは様々な種類、形状、用途のプラスチックの混合物であり、分別してマテリアルサイクルすることは困難であるが、サーマルサイクルは多少の混合物が混入している場合でも問題なく行えるので経済的なリサイクル法といえる。従って、廃プラスチックを油化、ガス化、ＲＤＦ（固形燃料）化して燃料として用いたり、ごみ焼却熱利用、ごみ焼却発電等によりエネルギー資源にリサイクルすることが有効な方法とされている。

廃プラスチックのリサイクル処理の一工程として塩素除去処理がある。上記したように、廃プラスチックには多品種の樹脂が混在し、その中にはポリ塩化ビニルも含まれているが、燃焼用燃料として廃プラスチックを利用した場合塩素ガスが発生し、炉内腐食等の問題を引き起こす。従って、リサイクル処理の中には塩素除去処理が組込まれているものがある。塩素除去処理としては、湿式比重分別方法、乾式比重分別方法、電磁・静電分別方法、Ｘ線・近赤外分別等がある。
特許文献１（特開平１１−１０６５５８号公報）には、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）等の塩素を含有する廃プラスチックを、溶融、熱分解して塩化水素を含む分解ガスを分離した後に、廃プラスチックを冷却して固化するとともに、固化したプラスチックを破砕することによりプラスチック中に取り込まれている塩化水素を分離する廃プラスチックの処理方法が開示されている。

また、廃プラスチックのリサイクル処理における他の工程として、破砕処理も主要な工程として挙げられる。これは、廃プラスチックの減容化、選別精度の向上、及び燃料用原料とした場合の燃焼性向上などを目的として行なわれ、従来の装置では、常温常圧の下で一般廃棄物および産業廃棄物（プラスチック廃材を含む）を機械的に破砕・破壊する装置があった。しかし一般に常温常圧の下では柔らかく展延性に富むプラスチック廃材はこのような破砕・破壊法では充分に破砕できないのが現状である。
従って、特許文献２（特開２０００−１２７１６５号公報）では、図３に示す廃プラスチックの処理方法が提案されている。図３に示すように、まず廃プラスチックを一次破砕機５１によって粗破砕し、冷却機５２によってＰＶＣの脆性化温度まで冷却し、二次破砕機５３により二次破砕する。そして、加熱昇温機５４により室温に昇温し、次いで乾式分離装置５５、及び湿式分離装置５６により廃プラスチックの種類ごとに選別する。
上記した破砕機には、例えば特許文献３（特開平９−５７１４２号公報）に記載されるように、ホッパ本体に複数の棒状又は板状の羽根を有する掻き込み装置と、複数個の切断刃とを備えた装置等がある。

特開平１１−１０６５５８号公報 特開２０００−１２７１６５号公報 特開平９−５７１４２号公報

上記したように、廃プラスチックの再利用に際して、脆性化温度まで冷却して破砕することは非常に有効な方法であると考えられる。しかし、例えば特許文献２の方法では、廃プラスチックの破砕に適した温度域として−２０℃以下から−４０℃以上としているが、この冷却に要する冷熱エネルギーは多大で、処理コストが嵩んでしまう。しかも、破砕後に結露が生じることを防止するために冷却したプラスチックを再度昇温する必要があり、非常に熱効率が悪いという問題がある。
従って、本発明は上記従来の技術の問題点に鑑み、廃プラスチックの処理において、熱効率がよく省エネ性能の高い低温破砕設備を備え、さらに不純物が少なく燃焼性能が良好な高品質の燃焼用原料（燃料）を製造することができる廃プラスチックの処理システム、並びに処理方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
粗破砕した廃プラスチックを破砕して微粉化する破砕機を具備した廃プラスチックの低温破砕設備において、
廃プラスチックに冷熱を供給して予冷する予冷器と、該予冷した廃プラスチックを第１の冷却手段により生成された冷熱空気により該廃プラスチックが低温脆性を有する−６０℃以下の超低温域まで冷却する冷却器と、該冷却した廃プラスチックを第２の冷却手段により生成された冷熱空気により冷却しながら破砕する前記破砕機と、を設けるとともに、前記破砕機より排出される微粉化プラスチックの冷熱を回収して、該微粉化プラスチックを０℃以上に昇温する熱交換器を設けて、該回収した冷熱を前記予冷器に導入するとともに、
前記第１の冷却手段及び前記第２の冷却手段を二元冷凍システムで構成し、
更に前記０℃以上に昇温された微粉化プラスチックを、該微粉化プラスチックと空気とに分離するサイクロンと、該サイクロンで空気と分離した微粉化プラスチックを基準径以下と基準径以上に分級する該分級器とよりなり、前記基準径以上のプラスチックは、前記予冷器に返送されて再度破砕処理される構成としたことを特徴とする。
このように、廃プラスチックの予冷器を設け、該予冷器の冷熱として前記熱交換器にて回収した冷熱を利用することにより、前記冷却器及び前記破砕機における冷却の負荷を軽減し、システム全体の省エネ化を図ることができる。
特に、本発明では前記第１の冷却手段若しくは前記第２の冷却手段を二元冷凍システムとすることが好ましく、このように、二元冷凍システムを用いることにより、前記冷却器を−６０℃以下の超低温域までに冷却することができ、廃プラスチックを破砕し易くなる。

また、前記低温破砕設備を具備した廃プラスチックの処理システムであって、前記予冷器の上流側に、廃プラスチックに含有される塩素系物質を分離除去する脱塩処理装置を設けたことを特徴とする。これにより、廃プラスチックにから製造された燃料を燃焼した際に、塩素ガス等の有害ガスが発生することがなく、クリーンな燃料とすることができる。
このとき、前記脱塩処理装置が、乾式比重分別を利用したエアテーブルであることが好適である。分離精度が高く、かつ湿式比重分別のように脱水、乾燥及び排水処理を行なう必要がないため、処理コストを低廉化することができる。
さらに、前記低温破砕設備を具備した廃プラスチックの処理システムであって、前記予冷器の上流側に、廃プラスチックに含有される塩素系物質を分離除去する脱塩処理装置を設けたことを特徴とする。これにより不純物の少ない高品質の燃料を製造することができる。

また、廃プラスチックに脱塩処理を含む前処理を行なった後に、該廃プラスチックを破砕する廃プラスチックの処理方法において、
前記前処理を施した廃プラスチックに冷熱を供給して予冷する予冷ステップと、
前記予冷した廃プラスチックに第１の冷却手段により冷熱を供給して該廃プラスチックが低温脆性を有する−６０℃以下の超低温域まで冷却する冷却ステップと、
前記冷却した廃プラスチックに第２の冷却手段により冷熱を供給しながら該廃プラスチックを破砕して微粉化する低温破砕ステップとを有し、前記第１の冷却手段及び前記第２の冷却手段は二元冷却システムで構成され、
前記低温破砕ステップの後に微粉化プラスチックの冷熱を回収して、該微粉化プラスチックを０℃以上に昇温するとともに、該冷熱を前記予冷ステップにて利用するとともに、
更に前記０℃以上に昇温された微粉化プラスチックを、該微粉化プラスチックと空気とに分離するステップと、
該空気から分離した微粉化プラスチックを基準径以下と基準径以上に分級するステップと、前記基準径以上のプラスチックを、前記予冷器返送されて再度破砕処理されるステップを利用することを特徴とする。

以上述べてきたように本発明によれば、廃プラスチックの予冷器を設け、該予冷器の冷熱として前記熱交換器にて回収した冷熱を利用することにより、前記冷却器及び前記破砕機における冷却の負荷を軽減し、システム全体の省エネ化を図ることができる。
また、前記第１の冷凍手段若しくは前記第２の冷凍手段を二元冷凍システムとすることにより、前記冷却器を廃プラスチックが低温脆性を有する温度以下まで容易に冷却することができる。
さらに、低温破砕設備の上流側に、脱塩処理装置若しくは金属除去装置を設けることにより、廃プラスチックから燃料を製造する際に、不純物が少なく高品質の燃料を製造することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の実施例１に係る廃プラスチック処理システムの全体ブロック図、図２は図１のシステムにおける低温破砕設備を示す構成図である。
まず、図１に示されるように、本実施例１に係るシステムは、廃プラスチックに含有されるポリ塩化ビニル等の塩素系物質を除去する脱塩処理装置１０と、該廃プラスチックを粗破砕する粗破砕器１１と、鉄系金属等の金属類を除去する金属除去装置１２と、塩素系物質及び金属類が分離除去された廃プラスチックを冷却する予冷器１３と、第１冷却手段１８により前記予冷した廃プラスチックを冷却する冷却器１４と、第２冷却手段１５により冷却しながら前記廃プラスチックを破砕する破砕機１５と、該破砕された廃プラスチックを冷却する熱交換器１６と、分級器１７と、から構成される。

前記脱塩処理装置１０は、物性の差を利用してポリ塩化ビニル等の塩素含有プラスチックを分離除去する装置である。この物性としては、プラスチックの密度、大きさ、形状等の粉体的性質、磁気、電気的性質、化学的性質の何れを用いても良く、本実施例に適用できる脱塩方式としては、湿式比重分別、乾式比重分別、電磁・静電分別、Ｘ線・近赤外線分別などが挙げられる。
本実施例において特に好適な装置としては、乾式比重差分別を利用したエアテーブルがある。前記エアテーブルは、振動と空気流の働きを利用して分別する装置であり、略水平方向に振動する傾斜盤を備え、該傾斜盤の下部より空気を導入して傾斜盤上に空気流を形成している。ここで、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）とポリエチレン（ＰＥ）が混合された廃プラスチックを例に挙げて作用を説明すると、ＰＶＣはＰＥより密度が大であるため、この廃プラスチックを前記傾斜盤上に供給すると、振動と空気流により密度が大であるＰＶＣは傾斜の高い方に密集し、一方密度が小であるＰＥは傾斜の低い方から落下して回収される。このようにして、前記エアテーブルにより塩素系物質を含有するプラスチックは他のプラスチックより分離、回収される。

尚、前記エアテーブルを利用して塩素除去を行なう場合、分離除去率を向上させるために廃プラスチックの形状を調整することが好ましい。形状差をつける方法として、プラスチックは成分により融点が異なり、また変形する温度なども異なることから、プラスチックの熱に対する変形によって形状差を与える方法がある。これは、プラスチックを加温して変形し易いプラスチックのみを変形させ、熱に強いプラスチックはそのまま変形させず、成分毎に形状差を与えておく。これにより、前記エアテーブルによる分離除去率が向上する。

また、脱塩処理装置１０の別の方法として、二軸押出方式による方法も好適である。これは、特殊形状のスクリュー及びシリンダにより廃プラスチックを長時間滞留させ、ＰＶＣの熱分解効率を高め、さらに脱揮表面を更新して効率的に塩化水素を取り除くものである。二軸押出機は、同方向に回転する２のスクリューがシリンダ内に平行配置された構造を有している。該二軸押出機では、前記シリンダの上流側から供給された廃プラスチックが外部より熱分解温度まで昇温され、ＰＶＣ中のポリ塩化ビニルを塩化水素として除去しながら混練されて押出し成形され、塩素系物質が除去されたプラスチックがペレット化して排出されるようになっている。

前記粗破砕機１１は、一又は複数の回転刃により大径の廃プラスチックを破砕する装置であり、装置構成及び処理時間により粗破砕後の廃プラスチック径を調整する。このとき、粗破砕プラスチックの大きさは、後段の破砕機の運転効率、及び製造した燃料の燃焼性能に基づき設定することが好ましい。
前記金属除去装置１２は、鉄系金属等の金属類を廃プラスチックから分離除去する装置であり、例えば磁選機等がある。磁選機では電磁石等によって鉄を吸着して回収する。
また、前記金属除去装置１２の他に、粒度選別機、比重差選別機等を利用してガラス・陶器などの不燃物、アルミ等のプラスチック以外の混入物を分離除去することが好適である。

前記予冷器１３は、後述する破砕機１５にて微粉化されたプラスチックから熱交換器１６により熱回収した冷熱を利用して、常温の廃プラスチックを冷却する装置である。前記破砕機１５から排出される廃プラスチックは、冷却器１４及び破砕機１５により低温にて排出されるが、この廃プラスチックは結露を避けるために０℃以上に昇温する必要がある。昇温は、破砕された廃プラスチックを空気で搬送し、該搬送中に空気により昇温する。一方、空気は冷却されるためこの空気を前記予冷器１３に導き、常温の廃プラスチックを予冷することにより、前記冷却器１４及び前記破砕機１５における冷却の負荷を軽減し、システム全体の省エネ化を図ることができる。

前記冷却器１４は、前記予冷された廃プラスチックを冷却する装置であり、前記第１冷却手段により生成された冷熱空気を前記廃プラスチックと接触させて、該廃プラスチックが低温脆性を示す温度以下まで冷却する。該冷却器１４は、ホッパ等の収容本体の上部に廃プラスチック投入口が設けられ、下部に廃プラスチック排出口が設けられて、夫々ロータリーバルブが備え付けられて、廃プラスチックの投入量及び排出量を制御される。さらに、前記収容本体の下部から前記第１冷却手段にて生成された冷熱空気が導入され、該収容本体を通って廃プラスチックを冷却して上部より排出されるようになっている。
前記破砕機１５は、前記冷却器１４により冷却された廃プラスチックを、さらに前記第２冷却手段１９にて生成した冷熱空気により冷却しながら微粉化する装置である。該破砕機１５は、一又は複数の破砕刃を有する破砕室と、該破砕室に廃プラスチックを供給する投入口と、破砕した廃プラスチックを排出する排出口と、を備えている。また、前記冷熱空気は、前記供給口側から導入して排出口側から排気することが好ましい。破砕後の粒径は、製造される燃料の燃焼性能に基づき設定すると良い。前記廃プラスチックは、前記冷却器１４により前記低温脆性を示す温度以下まで冷却されているため、容易にかつ確実に微粉化される。
本実施例では、前記第１冷却手段及び前記第２冷却手段として単機二段冷凍システム、又は二元冷凍システム等を利用することができる。
特に、本発明では前記第１の冷凍手段若しくは前記第２の冷凍手段を二元冷凍システムとすることが好適であり、このように、二元冷凍システムを用いることにより−７０℃〜−９０℃の温度帯の冷熱空気を生成することができるため、前記冷却器を−６０℃以下の超低温域まで冷却することができ、廃プラスチックを微細化し易くなる。

前記熱交換器１６は、前記予冷器１３、冷却器１４、及び破砕機１５にて冷却された廃プラスチックを昇温するとともに、昇温に利用され冷却された冷熱空気を前記予冷器１４に返送して前記廃プラスチックの予冷に利用する。このとき、廃プラスチックを昇温するために前記熱交換器１６に導入する気体は、ヒータ２０により昇温しておくことが好適である。
前記分級器１７は、微粉化プラスチックと、基準径より大であるプラスチックとを分離して、該基準径より大であるプラスチックは再度予冷器１３に返送する。一方、微粉化プラスチックは回収されて発電プラント等において燃料として利用される。

次に、図２に示す本実施例に係る低温破砕設備の一例につき説明する。
図２において、本実施例に係る低温破砕機構は、予冷器１３と、ホッパ型の冷却器１４と、該冷却器１４の下方に設けられた破砕機１５と、分級器１６とを備えている。廃プラスチックの流れは、まず前記予冷器１３にて予冷された後に、投入用ホッパ１４ａに供給され、ロータリーバルブ１４ｂにより投入量を調整されて前記冷却器１４に投入される。該冷却器１４にて廃プラスチックの脆性化温度以下まで冷却された後、ロータリーバルブ１４ｃにより排出量を調整されながら破砕機１５に導入される。前記廃プラスチックは該破砕機１５にて破砕され微粉化された後に空気流に搬送されて熱交換器１６に導入され、ここで冷熱を回収されて０℃以上に昇温された後、サイクロンフィルタ１７ａにて微粉化プラスチックと空気とに分離され、分級器１７に導入される。該分級器１７では、基準径以下まで微粉化したプラスチックと、基準径以上のプラスチックとに分級されて、微粉化プラスチックのみを回収箱１７ｂに回収する。一方、基準径以上のプラスチックは、前記予冷器１３に返送されて再度破砕処理される。

前記冷却器１４では、冷却器用第１クーラにて生成された冷熱空気が該冷却器１４の下部より導入され、廃プラスチックを冷却した後に該冷却１４の上部より排出される。排出された冷熱空気は、サイクロンフィルタ２１ｄにより冷熱空気中の粒子が除去されて再度前記冷却器用第１クーラに返送され、循環するようになっている。
また、前記破砕機１５では、破砕機用第２クーラにて生成された冷熱空気が、該破砕機１５の上部より導入され、下部より排出されて該破砕機用第２クーラに返送され、循環するようになっている。
前記冷却器用第１クーラ及び前記破砕機用第２クーラを含む冷却機構は、冷却塔３０と、コンデンサ・レシーバ３１と、オイルクーラ３２と、スクリューコンプレッサ３３と、リキッドクーラ３４とを備えた周知の蒸気圧縮冷凍サイクルを形成している。
かかる構成によれば、前記冷却器用第１クーラ及び前記破砕機用第２クーラからなる二の冷却手段を設ける構成としたため、前記冷却器１４若しくは前記破砕機１５の夫々に適した温度に容易に調整することができる。

本発明の実施例１に係る廃プラスチック処理システムの全体ブロック図である。 図１のシステムにおける低温破砕設備を示す構成図である。 従来の廃プラスチック処理システムのブロック図である。

符号の説明

１０ 脱塩処理装置
１１ 粗破砕器
１２ 金属除去装置
１３ 予冷器
１４ 冷却器
１５ 破砕機
１６ 熱交換器
１８ 第１冷却手段
１９ 第２冷却手段

Claims (6)

1. 粗破砕した廃プラスチックを破砕して微粉化する破砕機を具備した廃プラスチックの低温破砕設備において、
   廃プラスチックに冷熱を供給して予冷する予冷器と、該予冷した廃プラスチックを第１の冷却手段により生成された冷熱空気により該廃プラスチックが低温脆性を有する−６０℃以下の超低温域まで冷却する冷却器と、該冷却した廃プラスチックを第２の冷却手段により生成された冷熱空気により冷却しながら破砕する前記破砕機と、を設けるとともに、前記破砕機より排出される微粉化プラスチックの冷熱を回収して、該微粉化プラスチックを０℃以上に昇温する熱交換器を設けて、該回収した冷熱を前記予冷器に導入するとともに、
   前記第１の冷却手段及び前記第２の冷却手段を二元冷凍システムで構成し、
   更に前記０℃以上に昇温された微粉化プラスチックを、該微粉化プラスチックと空気とに分離するサイクロンと、該サイクロンで空気と分離した微粉化プラスチックを基準径以下と基準径以上に分級する該分級器とよりなり、前記基準径以上のプラスチックは、前記予冷器に返送されて再度破砕処理される構成としたことを特徴とする廃プラスチックの低温破砕設備。
2. 請求項１記載の低温破砕設備を具備した廃プラスチックの処理システムであって、
   前記予冷器の上流側に、廃プラスチックに含有される塩素系物質を分離除去する脱塩処理装置を設けたことを特徴とする廃プラスチックの処理システム。
3. 前記脱塩処理装置が、乾式比重分別を利用したエアテーブルであることを特徴とする請求項２記載の廃プラスチックの処理システム。
4. 請求項１記載の低温破砕設備を具備した廃プラスチックの処理システムであって、
   前記予冷器の上流側に、廃プラスチックに混入する鉄系金属を除去する磁選機を設けたことを特徴とする廃プラスチックの処理システム。
5. 廃プラスチックに脱塩処理を含む前処理を行なった後に、該廃プラスチックを破砕する廃プラスチックの処理方法において、
   前記前処理を施した廃プラスチックに冷熱を供給して予冷する予冷ステップと、
   前記予冷した廃プラスチックに第１の冷却手段により生成された冷熱空気を供給して該廃プラスチックが低温脆性を有する−６０℃以下の超低温域まで冷却する冷却ステップと、
   前記冷却した廃プラスチックに第２の冷却手段により生成された冷熱空気を供給しながら該廃プラスチックを破砕して微粉化する低温破砕ステップとを有し、前記第１の冷却手段及び前記第２の冷却手段は二元冷却システムで構成され、
   前記低温破砕ステップの後に微粉化プラスチックの冷熱を回収して、該微粉化プラスチックを０℃以上に昇温するとともに、該冷熱を前記予冷ステップにて利用するとともに、
   更に前記０℃以上に昇温された微粉化プラスチックを、該微粉化プラスチックと空気とに分離するステップと、
   該空気から分離した微粉化プラスチックを基準径以下と基準径以上に分級するステップと、前記基準径以上のプラスチックを、前記予冷器返送されて再度破砕処理されるステップを利用することを特徴とする廃プラスチックの処理方法。
6. 前記前処理にて、前記脱塩処理を行った後に金属類を分離除去することを特徴とする請求項５記載の廃プラスチックの処理方法。

Images