JP4908029B2 - 廃棄物含有燃料およびその製造方法並びに廃棄物含有燃料の利用方法 - Google Patents

廃棄物含有燃料およびその製造方法並びに廃棄物含有燃料の利用方法 Download PDF

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Description

本発明は、鉱油や植物油の脱臭処理や脱色処理によって生じた廃白土類を扱い易いものとし、かつ、良好なセメント焼成用代替燃料とした廃棄物含有燃料およびその製造方法並びに廃棄物含有燃料の利用方法に関する。
廃白土は、一般的に、鉱油や植物油を、活性白土により脱臭処理や脱色処理することによって発生する、油脂分(鉱油や植物油)を含む使用済み活性白土のことである。
通常、廃白土は、40重量%前後の油脂分と、少量の水分を含んでいる。廃白土は、油脂分を含むことから、発熱量が12500MJ/kg(≒3000kcal/kg)以上もあり、自燃可能である。
また、以下に示す(a)、(b)、(c)のいずれかであり、発熱量を廃白土と同程度に調整したものも自然可能である。
(a)石炭灰や焼却灰などの無機質粉体と、20重量%〜50重量%程度の廃油や廃油脂(廃油を含む。以降、廃油脂には廃油を含む)とを混合処理したもの
(b)集塵装置などから排出される未燃分を含む焼却灰と、水および/または廃油脂とを混合処理したもの
(c)可燃性汚泥、あるいは、可燃性汚泥と廃油脂とを混合処理したもの
以下、上記の廃白土、(a)、(b)および(c)を、廃白土類と総称する。
これらの廃白土類は、粒径が100μm以下の無機廃棄物の粉末または有機廃棄物の粉末に、油脂分を二次的に含浸させたものである。これらの廃白土類は、石炭系の粉体燃料と比較すると非常に流動性が悪く、手で押さえ付けるだけで簡単に固まる。
このような廃白土類は、主に焼却により処分される。
廃白土類の焼却方法としては、ロータリキルンや立形多段焼却炉を用いる方法が一般的である。これらの廃白土類の焼却方法は、廃白土類の焼却に長時間を要する。
また、廃白土類の焼却方法としては、廃白土類と廃油を混合処理してスラリー状としたものを焼却炉内に高圧噴霧し、微粒化させて焼却する噴霧燃焼法も用いられる。この噴霧燃焼法では、廃白土類は微粒子であるため、廃白土類が燃焼する際、燃焼ガスに伴って極めて飛散し易いから、排ガスに含まれる塵埃(焼却灰)の除去対策を十分に行う必要がある。この排ガスに含まれる焼却灰は主成分がSiOであるから、この焼却灰はセメント焼成炉の中で粘土成分の一部代替物として有効に活用される。
セメント焼成炉では、廃白土類をプレヒータ内の仮焼炉に機械的な手段を用いて投入し、代替燃料として使用している。廃白土類の焼却灰は、原料代替物としても有効に活用できることを考慮すると、廃白土類は優れたセンメント原料と言うこともできる。
しかしながら、上述のように、廃白土類は油脂分を含むことから流動性が悪く、かつ、比較的大きな塊を含むため、これらのことを前提に使用するセメント焼成炉においても、扱い難い代替燃料である。このような理由から、廃白土類の使用量を増加するための対策が望まれていた。
また、可燃物の処理方法としては、廃油などを焼却灰や大鋸屑とともに混練して粉末状にし、この粉末状とした可燃物を焼却したり、化石燃料の代替燃料として用いる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この方法では、廃油や廃液を、大鋸屑、焼却灰および石灰岩の粉末を処理剤として用いるか、あるいは、ケイ素酸化物、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、カーボンなどの粉末から選択される1種と大鋸屑とからなる処理剤を用いて乾燥させ、容易かつ安全に廃油や廃液の流出処理を行っている。そして、この廃油や廃液の流出処理の最終段階として、処理物を乾燥処理した後、焼却している。
また、大鋸屑には脱臭効果や脱水効果があり、石灰岩の粉末はアルカリ性である。したがって、大鋸屑や石灰岩は、使用後酸化していることが多い廃油を中和することができる。さらに、石灰岩の粉末は、処理物を焼却する際に発生する二酸化窒素などの有害ガスを吸収するため、臭いや煙がかなり減少する。
特開平08−103764号公報
ところで、鉱油や植物油の処理に用いられた廃白土類は、その処理した油脂分の性状や油脂分の含有量によっては流動性が悪く、時には粘土のような性状を示すことがある。また、この廃白土類は、手で軽く押さえ付けるだけで簡単に固まり、場合によっては団子状の塊を多く生じることがある。
また、廃油などと、焼却灰や石炭灰などの無機質粉体と、大鋸屑などの可燃性粉体とを混練したもの(混練物)は、振動篩などを用いて所定粒度以上のものを取り除いた後、解砕しないと、粉体として扱うことが難しい。さらに、廃白土類や前記の混練物を、粉体として扱うために、油脂分に対して、無機質粉体の比率を増加させると、廃白土類や前記の混練物の発熱量が低下し、代替燃料としての有用性が損なわれる。廃白土類と大鋸屑などの可燃性粉体とを混練した混練物は、廃白土類と無機質粉体とを混練した混練物に比べて、発熱量の低下や灰分(無機質粉体)量の増加を抑制することができるものの、可燃性粉体の性状によっては、その混練物は扱い難いことがある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、廃白土類を扱い易いものとし、かつ、良好なセメント焼成用代替燃料とした廃棄物含有燃料およびその製造方法並びに廃棄物含有燃料の利用方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、セメント製造上大きな問題を起こすことがなく、流動性の良好な原燃料を選択することにより、廃白土類を含む混練物を扱い易いものとするとともに、良好なセメント焼成用代替燃料とすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の廃棄物含有燃料は、廃白土、無機質粉体と20重量%以上かつ50重量%以下の廃油脂との混合物、未燃分を含む焼却灰と水および/または廃油脂との混合物、及び、可燃性汚泥と廃油脂との混合物からなる群より選択された1種または2種以上である廃白土類と、無機質粉体と、廃プラスチックの粉粒体と、を混練してなることを特徴とする。
本発明の廃棄物含有燃料は、前記廃白土類は、廃白土、可燃性汚泥、無機質粉体と20重量%以上かつ50重量%以下の廃油脂との混合物、未燃分を含む焼却灰と水および/または廃油脂との混合物、可燃性汚泥と廃油脂との混合物、の群から選択された1種または2種以上であることが好ましい。
本発明の廃棄物含有燃料は、前記無機質粉体は、焼却灰、石炭灰、石灰石粉、セメント原料粉、セメント、コンクリート廃材の破砕粉の群から選択された1種または2種以上であることが好ましい。
本発明の廃棄物含有燃料の製造方法は、廃白土、無機質粉体と20重量%以上かつ50重量%以下の廃油脂との混合物、未燃分を含む焼却灰と水および/または廃油脂との混合物、及び、可燃性汚泥と廃油脂との混合物からなる群より選択された1種または2種以上である廃白土類と、無機質粉体と、長軸方向の長さが10mm以下である廃プラスチックの粉粒体とを混練して混練物とし、該混練物を解砕し、目開き10mm以下の篩を用いて粗粒分と微粒分に分級し、前記微粒分を廃棄物含有燃料とすることを特徴とする。
本発明の廃棄物含有燃料の利用方法は、本発明の廃棄物含有燃料を、セメント焼成炉にて燃焼することを特徴とする。
本発明の廃棄物含有燃料によれば、廃白土類と、無機質粉体と、木屑の粉砕物と廃プラスチックの粉粒体のいずれか1種または2種と、を混練してなるので、ほぼ均一で、扱い易さが向上し、かつ、セメント焼成用代替燃料としても良好なものとなる。したがって、本発明の廃棄物含有燃料は、輸送上における障害を発生させることがなく、燃焼性も向上し、さらに、セメント焼成炉における使用量を増加することができる。その結果として、化石燃料の使用を削減できる。また、環境負荷の低減に寄与することができる。
本発明の廃棄物含有燃料およびその製造方法並びに廃棄物含有燃料の利用方法の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
本発明の廃棄物含有燃料は、廃白土類と、無機質粉体と、木屑の粉砕物と廃プラスチックの粉粒体のいずれか1種または2種と、を混練してなる、廃白土類を含む混練物(廃白土類混練物)である。
本発明の廃棄物含有燃料をなす廃白土類混練物は、その大半が長軸方向の長さが5mm以下のものであることが好ましく、長軸方向の長さが2mm以下のものであることがより好ましい。本発明における廃白土類混練物の大半の長軸方向の長さが5mm以下であれば、団子状の塊を含む廃白土類は、その表面から徐々に酸素と反応して燃焼するのに対して、この廃白土類混練物は、団子状の塊を含む廃白土類よりも反応面積(酸素と接触する面積)が大きいので、廃白土類混練物に含まれる油脂分が揮発するのが早くなるとともに、この油脂分と酸素との接触頻度も増大するから、この油脂分を短時間で燃焼させることができる。さらに、油脂分が燃焼する際に、その燃焼する周辺域が高温となることから、廃白土類混練物に含まれる木屑の粉砕物や廃プラスチックの粉粒体も、短時間で効率的に燃焼させることができる。
廃白土類は、(イ)廃白土、(ロ)可燃性汚泥、(ハ)無機質粉体と20重量%以上かつ50重量%以下の廃油脂との混合物、(ニ)未燃分を含む焼却灰と水および/または廃油脂との混合物、(ホ)可燃性汚泥と廃油脂との混合物、の群から選択された1種または2種以上である。
無機質粉体は、焼却灰、石炭灰、石灰石粉、セメント原料粉、セメント、コンクリート廃材の破砕粉の群から選択された1種または2種以上である。
これらの無機質粉体の中でも、焼却灰および石炭灰は、そのほとんどが粉体からなり、僅かに長軸方向の最大長さが数mm程度の粗粒物が混在しているものである。
また、焼却灰および石炭灰は、これらに含まれる未燃のカーボンなどの量によって多少発熱量があるものの、発熱量がほとんどない無機質からなる。
焼却灰および石炭灰の水分量は、その発生段階では、ほぼ0重量%であるものの、セメント工場への搬送中に発塵するのを抑制するなどの目的で、場合によっては25重量%前後に調整されている。
本発明の廃棄物含有燃料では、発熱量の確保と扱い易さの向上を達成するために、廃白土類と、無機質粉体と、木屑の粉砕物と廃プラスチックの粉粒体のいずれか1種または2種と、の混合比率は、廃白土類が55重量%〜80重量%、無機質粉体が10重量%〜20重量%、木屑の粉砕物と廃プラスチックの粉粒体のいずれか1種または2種が10重量%〜25重量%であることが好ましい。また、木屑の粉砕物と、廃プラスチックの粉粒体と、の混合比率は、木屑の粉砕物が20重量%〜80重量%、廃プラスチックの粉粒体が20重量%〜80重量%であることが好ましいが、実際の入荷量比率の関係で、実施例のように一方が0重量%の場合もある。
Figure 0004908029
また、焼却灰および石炭灰は発熱量がほとんどないので、廃白土類混練物の発熱量が低下する。したがって、廃白土類混練物において、焼却灰や石炭灰の比率を高くすると、廃白土類混練物の発熱量は自燃できない程度に低下し、この廃白土類混練物は良好に燃焼できなくなる。そこで、廃白土類混練物の発熱量の下限値を定めて、廃白土類混練物の発熱量がその下限値以上になるように、焼却灰や石炭灰の比率を定める。本発明では、廃白土類混練物の発熱量の下限値を、10000MJ/kg(≒2400kcal/kg)程度、好ましくは12500MJ/kg(≒3000kcal/kg)程度とする。この下限値は、廃白土類混練物を、セメント焼成炉内にて850〜900℃程度の温度にて燃焼させることを前提として定めたものである。
なお、表1に示した、本発明の廃棄物含有燃料の配合例の発熱量は、上記の発熱量の下限値以上である。
木屑の粉砕物としては、建築廃材を粉砕処理した後、目開き7mm程度の篩により分離した、長軸方向の最大長さが10mm以下の針状の粉体であり、長軸方向の長さが2mm以下のものを約50重量%含み、かつ、長軸方向の長さが5.6mm以上のものを約10重量%含んでいる。また、その短軸径は、長軸長さの1/10以下であることが多く、ほとんどが1mm以下である。
一般的に、木屑の粉砕物は、長軸方向の長さが2mm以下のものを約80重量%以上含むと、石炭の微粉炭(目開き90μmの篩により分離した場合に残分が約10重量%程度となるもの)と同程度の燃焼性があると言われている。したがって、本発明では、木屑の粉砕物は、長軸方向の長さが2mm以下のものを約80重量%以上含むものが好ましい。このような木屑の粉砕物を用いれば、本発明の廃棄物含有燃料をなす廃白土類混練物は、良好な燃焼性を示すものとなる。
また、木屑の粉砕物の水分量は、建築物の解体時の発塵を抑制するために、散水するなどにより20〜30重量%程度の範囲に調整されている。
さらに、木屑の粉砕物は、廃白土類と混練すると、それ自体に僅かに廃白土類に含まれる油脂分が浸透し、混練物表面の見掛けの油分量が低下する。したがって、廃白土類と木屑の粉砕物とを混練した混練物は扱い易くなる。
例えば、木屑の粉砕物が、製材時に発生する大鋸屑であれば、この大鋸屑自体が長軸方向の長さが数mm程度の粉粒体状のものである。また、大鋸屑は、廃白土類に含まれる油脂分を分散して吸収するので、焼却灰や石炭灰などの無機質粉体を全く混練することなく、廃白土類に大鋸屑を混練するだけで、廃白土類混練物は扱い易くなる。
このように、木屑の粉砕物として製材時に発生する大鋸屑を用いれば、廃白土類に無機質粉体を全く混練する必要がないので、発熱量の大幅な低下がなく、比較的発熱量が高く、燃焼性の良好な廃白土類混練物が得られる。
廃プラスチックの粉粒体としては、廃プラスチックを、一片の長さが10mm以下程度の薄片状に解砕したもの、廃モールド樹脂や廃FRP(Fiber Reinforced Plastics、繊維強化プラスチック)などを長軸方向の長さが数mm以下としたものが用いられる。
廃プラスチックの粉粒体は、石炭よりも高温雰囲気下での分解が著しく促進されるので、急激に燃焼し、石炭の微粉炭(目開き90μmの篩により分離した場合に残分が約10重量%程度となるもの)と同程度の良好な燃焼性を示す。
また、廃プラスチックの粉粒体の水分量は、加水や散水をすることがほとんどないことからほぼ0重量%である。
さらに、廃プラスチックの粉粒体は、廃白土類と混練しても、それ自体に廃白土類に含まれる油分が浸透しないので、廃白土類と廃プラスチックの粉粒体とを混練した混練物は、廃白土類と木屑の粉砕物とを混練した混練物よりも扱い易さに劣る。しかしながら、廃プラスチックの粉粒体の発熱量は、木屑の粉砕物の発熱量よりも高いので、廃白土類混練物の発熱量を上げる効果に優れている。
上記の木屑の粉砕物および廃プラスチックの粉粒体は、工場で粉砕処理することによって製造することもできる。
ところで、廃白土類混練物を扱い易くするために、廃白土類混練物における焼却灰や石炭灰の比率を高くしたために、その廃白土類混練物の発熱量が10000MJ/kgを大幅に下回ってしまう場合には、廃白土類混練物の燃焼性が大幅に劣化する。したがって、目的とする廃白土類混練物の扱い易さの改善、および、この廃白土類混練物の発熱量の向上を達成するように、焼却灰や石炭灰と、廃白土類との混練比率を調整する。このようにすれば、廃白土類混練物の扱い易さを向上しつつ、廃白土類混練物の発熱量も向上させることができる。
本発明の廃棄物含有燃料は、廃白土類と、無機質粉体と、木屑の粉砕物と廃プラスチックの粉粒体のいずれか1種または2種とを混練してなる廃白土類混練物からなるので、ほぼ均一で、扱い易さが向上し、かつ、セメント焼成用代替燃料としても良好なものである。したがって、本発明の廃棄物含有燃料は、輸送機における障害を発生させることがなく、燃焼性も向上し、さらに、セメント焼成炉における使用量を増加することができる。その結果として、化石燃料の使用を削減できるから、環境負荷の低減に寄与することができる。
次に、本発明の廃棄物含有燃料の製造方法について説明する。
本発明の廃棄物含有燃料の製造方法は、廃白土類と、無機質粉体と、木屑の粉砕物と廃プラスチックの粉粒体のいずれか1種または2種とを混練して混練物を形成し、該混練物を解砕した後、分級して廃棄物含有燃料とするものである。
すなわち、本発明の廃棄物含有燃料の製造方法では、まず、(イ)廃白土、(ロ)可燃性汚泥、(ハ)無機質粉体と20重量%以上かつ50重量%以下の廃油脂との混合物、(ニ)未燃分を含む焼却灰と水および/または廃油脂との混合物、(ホ)可燃性汚泥と廃油脂との混合物、の群から選択された1種または2種以上からなる廃白土類を準備する(廃白土類の準備工程)。
次いで、廃白土類と、無機質粉体と、木屑の粉砕物と廃プラスチックの粉粒体のいずれか1種または2種と、を一旦軽く混合し、この混合物を、パグミルやパドルスクリューなどの簡易な混練装置を用いて、比較的大量、かつ、連続的に混練し、廃白土類混練物とする(廃白土類の混練工程)。
パグミルのような混練装置によれば、廃白土類に含まれている油分を、それ以外の無機質粉体や、木屑の粉砕物または廃プラスチックの粉粒体に分散することにより、混練物を細かな粉粒体にすることができるとともに、混練物中に混在する団子状の塊を少しではあるが解砕することができる。
次いで、パグミルなどの混練装置により混練された、廃白土類混練物を、グリズリーバーなどの簡易な篩によって塊状の粗粒を除去した後、これを耕耘機の回転羽のような解砕装置によって解砕する(廃白土類混練物の解砕工程)。
次いで、グリズリーバーなどの篩によって分級した粗粒以外の細かの廃白土類混練物と、解砕装置によって解砕された廃白土類混練物とを一緒にし、これらを、振動篩などを用いて比較的細かな粒度で分級し、粗粒分と微粒分に分級し、微粒分を廃棄物含有燃料とする(廃白土類混練物の分級工程)。
廃白土類混練物からなる廃棄物含有燃料は、セメント焼成炉にて燃焼することを考慮すると、その粒度を比較的小さくする必要がある。したがって、廃白土類混練物の長軸方向の長さを5mm以下とし、好ましくは2mm以下とする。
なお、振動篩などで分級された所定の粒度以上の粗粒分からなる廃白土類混練物を、再び混練装置あるいは解砕装置に戻し、これらの装置により所定の粒度以下になるまで徐々に解砕する。
ところで、廃白土類と混練される木屑の粉砕物および廃プラスチックの粉粒体の長軸方向の最大長さは10mm程度であるから、長軸方向の長さが5mm以上の廃白土類混練物も若干生じることもあるが、このような場合、解砕装置によって、廃白土類混練物を、振動篩を通過する程度まで細かくする。
廃白土類混練物の分級工程にて、振動篩などで分級された所定の粒度以下の廃白土類混練物からなる廃棄物含有燃料は、セメント焼成用代替燃料として用いられる。
ここで、例えば、グリズリーバーなどの篩の目開きを5mmとすると、篩上に残存する廃白土類混練物の比率は22〜25重量%程度となり、また、グリズリーバーなどの篩の目開きを10mmとすると、篩上に残存する廃白土類混練物の比率は15〜18重量%程度となる。したがって、最終的にセメント焼成炉内に送出する直前の廃白土類混練物の分級工程にて、篩の目開きを調整することにより、廃棄物含有燃料の粒径が長軸長さで2mm以下のものの比率が80重量%程度と細かく、または、50重量%程度と粗くなる。廃棄物含有燃料の粒径の細かさにより、廃棄物含有燃料をセメント焼成設備の仮焼炉に投入して燃焼が完了する場所が、仮焼炉と最下段サイクロン内あるいはロータリーキルン内の何れかに分かれる。篩の目開きを5mmとした場合と、篩の目開きを10mmとした場合とでは、セメント焼成炉における廃棄物含有燃料の燃焼性は若干の差異を生じ、篩の目開きを5mmとした場合に得られた廃棄物含有燃料は仮焼炉と最下段サイクロン内でほぼ完全に燃焼する。
しかしながら、篩の目開きを小さくすると、篩の構造によっては目詰まりを生ずることがある。加えて、混練装置あるいは解砕装置にて再び処理する廃白土類混練物の量も増加するため、処理能力が低下するおそれもある。したがって、最終的にセメント焼成炉に送出する廃白土混練物の燃焼性のみでなく、篩の目詰まりや他の障害の原因とならず、かつ、設備的にも十分な処理能力を発揮できるように、篩の目開きを定める。
本発明の廃棄物含有燃料の製造方法によれば、ほぼ均一で、扱い易さが向上し、かつ、セメント焼成用代替燃料としても良好な廃白土類混練物からなる廃棄物含有燃料を容易に製造することができる。
次に、本発明の廃物含有燃料の利用方法について説明する。
本発明の廃棄物含有燃料の利用方法は、本発明の廃棄物含有燃料を、セメント焼成炉にて燃焼する方法である。
すなわち、本発明の廃棄物含有燃料の利用方法では、本発明の廃棄物含有燃料の製造方法により、所定の粒度以下に分級された廃白土類混練物からなる廃棄物含有燃料を、まず、輸送機などを介してセンメント焼成炉の予熱部内に設けられた仮焼炉に搬送し、投入する。
次いで、仮焼炉内に投入された廃棄物含有燃料は、仮焼炉内、および、サスペンションプレヒータの最下段サイクロン内にて、廃棄物含有燃料に含まれる油脂分が短時間で燃焼するため、ほぼ完全に燃焼する。
そして、ほぼ灰分となった廃棄物含有燃料(廃白土類混練物)は、最下段サイクロンにて捕集され、他の原料とともにセメントキルンの窯尻部に供給される。
本発明の廃棄物含有燃料の利用方法は、本発明の廃棄物含有燃料を、セメント焼成炉にて燃焼するものであるので、輸送機における障害を発生させることがなく、セメント焼成炉の燃焼性を向上することができる。

Claims (5)

  1. 廃白土、無機質粉体と20重量%以上かつ50重量%以下の廃油脂との混合物、未燃分を含む焼却灰と水および/または廃油脂との混合物、及び、可燃性汚泥と廃油脂との混合物からなる群より選択された1種または2種以上である廃白土類と、無機質粉体と、廃プラスチックの粉粒体と、を混練してなることを特徴とする廃棄物含有燃料。
  2. 長軸方向の長さが5mm以下の粉体であることを特徴とする請求項1記載の廃棄物含有燃料。
  3. 前記無機質粉体は、焼却灰、石炭灰、石灰石粉、セメント原料粉、セメント、コンクリート廃材の破砕粉の群から選択された1種または2種以上であることを特徴とする請求項1または2記載の廃棄物含有燃料。
  4. 廃白土、無機質粉体と20重量%以上かつ50重量%以下の廃油脂との混合物、未燃分を含む焼却灰と水および/または廃油脂との混合物、及び、可燃性汚泥と廃油脂との混合物からなる群より選択された1種または2種以上である廃白土類と、無機質粉体と、長軸方向の長さが10mm以下である廃プラスチックの粉粒体とを混練して混練物とし、該混練物を解砕し、目開き10mm以下の篩を用いて粗粒分と微粒分に分級し、前記微粒分をセメント焼成炉用の廃棄物含有燃料とすることを特徴とする廃棄物含有燃料の製造方法。
  5. 請求項1ないし3記載の廃棄物含有燃料を、セメント焼成炉にて燃焼することを特徴とする廃棄物含有燃料の利用方法。
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