JP5084273B2 - 廃棄物の炭化物とプラスチック混合固形燃料の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみ等の廃棄物の熱分解処理により生じる炭化物とプラスチックを主原料として固形燃料化する、廃棄物の炭化物とプラスチック混合固形燃料の製造方法及び装置に関するものである。

近年、可燃性の廃棄物を処理する方法のうち、廃棄物を焼却炉で燃焼するようにした燃焼方式に代るものとして、廃棄物を加工することにより資源として再生させて利用することが提案されており、かかる廃棄物の資源化の一つとしては、上記廃棄物中の可燃成分を燃料（熱源）として再利用する、所謂、サーマルリサイクルを図るものがある。

この種の廃棄物中の可燃成分を燃料として再利用するために提案されている手法の一つとしては、都市ごみ等の廃棄物（一般廃棄物）を原料として破砕、選別、圧縮成型等の工程を経てごみ固形化燃料（Refuse Derived Fuel：以下、ＲＤＦという）を製造し、該Ｒ
ＤＦを必要に応じて貯留、搬送して、発電用やその他各種の燃焼炉（焼却炉）にて燃料として利用するものがある。しかし、上記ＲＤＦは、原料としているものが一般廃棄物であることから、組成のばらつきが大きく、そのため、燃焼時の発熱量が不安定になるおそれがあって、品質を安定化させることが難しいと云われていた。又、原料とする一般廃棄物に厨芥類等が含まれているときには腐敗の問題が懸念されるため、石灰等を別途添加してｐＨを調整する必要があった。更に、原料に塩化ビニル等の塩素含有プラスチックが含まれている場合は燃焼時に塩化水素ガスやダイオキシン等が発生する虞があるため、その対策が必要とされること等の問題が懸念されていた。しかも、燃焼時の発熱量が比較的低いことから、燃料としての利用価値はあまり高くないというのが実状である。

そのため、廃棄物中の可燃成分を利用してより発熱量の高い燃料化を図るための手法として、上記都市ごみ等の一般廃棄物に比して排出源がより明らかな産業廃棄物としての紙（古紙）とプラスチック（廃プラスチック）や、一般廃棄物中から選別された古紙と廃プラスチックを原料として高発熱量の固形燃料（ＲＰＦ：Refuse Paper ＆ Plastic Fuel）を製造するようにしたものが近年着目されてきている。

上記ＲＰＦは、たとえば、再生困難な古紙と、塩化ビニル等の塩素含有プラスチックを除去した廃プラスチックとをそれぞれ破砕した後、混合し、該古紙破砕片と廃プラスチック破砕片の混合物を、所要形状に押出成型（圧縮成型）させることによって製造するようにしてある。これにより、上記ＲＰＦは、古紙と廃プラスチックという品質の比較的安定した原料を使用することに起因して、燃料としての品質の安定化を図ることができると共に腐敗の虞を解消でき、又、プラスチックを含んでいるため化石燃料の代替燃料として使用可能な程度まで熱量を高めることができて、燃料としての利用価値を高めることができるものとなる。更には、古紙と廃プラスチックとの混合割合を変化させることによって発熱量を調整することも可能とされている。

更に、上記ＲＰＦと同様の古紙と廃プラスチックに加えて、より広範な可燃性の廃棄物を原料として固形燃料化を図る手法として、以下のような手法も提案されてきている。すなわち、図２及び図３に示す如く、主に家庭から排出されるごみに代表されるような可燃ごみ（廃棄物）ａを、先ず、炭化工程ＳＴ１にて、図示しない炭化装置（熱分解炉）に装入して、蒸し焼きにすることにより炭化させてごみ炭（炭化物）ｂとする。次に、混合工程ＳＴ２にて、上記ごみ炭ｂと廃プラスチックｃと古紙ｄとを所定の重量比で混合した後、該混合物を、破砕工程ＳＴ３にて所要の大きさに破砕する。次いで、得られる破砕物を、圧縮工程ＳＴ４にて、圧縮に伴って発生する摩擦熱等により、含まれている廃プラスチックｃが軟化するまで圧縮すると共に、該圧縮された圧縮物を、製粒工程ＳＴ５にて所要形状に製粒（成型）して固形燃料化するものである。

具体的には、上記圧縮工程ＳＴ４及び製粒工程ＳＴ５は、図３に示す如き一つの圧縮・製粒装置ｅにて行うようにしてある。すなわち、図３に示す圧縮・製粒装置ｅは、ケーシングｆ内に、周壁面に多数のダイ孔ｈを有してなる回転ドラム状のダイ（リングダイ）ｇと、上記ダイｇに内接して該ダイｇを支えると共に回転させるローラｉ,ｊと、上記ダイ
ｇの外周面に沿って配置したカッタｋと、上記ダイｇの内側へ上記破砕工程ＳＴ３にて破砕処理された破砕物ｌを投入する投入ダクトｍとからなる構成としてある。これにより、上記投入ダクトｍを通してダイｇの内側に投入された破砕物ｌが、ローラｉ,ｊで強く押
されることによりダイ孔ｈへ押し込まれて、この際生じる摩擦熱による発熱により上記破砕物ｌ中に含まれている廃プラスチックｃの破砕片を軟化させて、ごみ炭ｂや古紙ｄの破砕片と融合させて一体化させるようにすると同時に、このダイ孔ｈへの押し込みに伴って、既にダイ孔ｈに入っていた破砕物ｌが、該ダイ孔ｈよりダイｇの外周側へはみ出すように押し出されるようにし、このはみ出た部分の破砕物ｌがカッタｋにより切断されることによって、一定の径で且つ一定の長さ寸法に製粒された固形燃料（廃棄物の炭化物と紙・プラスチックの混合燃料：Ｃ−ＲＰＦ）ｎが製造されるようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。

又、近年では、上記と同様な廃棄物の炭化物と廃プラスチックと古紙とを混合した固形燃料（Ｃ−ＲＰＦ）を製造する方法として、図４に示すようにしたものも提案されている。

すなわち、都市ごみや産業廃棄物などから廃プラスチックと可燃ごみに選別して、可燃ごみは炭化工程Ａで炭化して炭化物とし、一方、廃プラスチックは古紙とともに破砕工程Ｂで破砕するようにして、破砕された後の廃プラスチックと古紙に、上記炭化工程Ａで炭化された炭化物を所定量添加し、しかる後、圧縮・成形工程Ｃで固形燃料を製造するというものである（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００１−２４０８８２号公報 特開２００５−２９０１２９号公報

ところが、特許文献１に記載されているものは、ごみ炭ｂを廃プラスチックｃ及び古紙ｄとともに混合工程ＳＴ２で混合してから破砕工程ＳＴ３で破砕するようにしてあり、ごみ炭ｂは、比重の軽いフレーク状や粉状となっている状態で廃プラスチックｃと古紙ｄに付着させられて圧縮され、製粒されて固形燃料ｎを製造するようにしたものである。

又、特許文献２に記載されているものは、破砕工程Ｂで破砕後の廃プラスチックと古紙に、炭化物を乾燥した状態で所定量添加してから、圧縮・成形工程Ｃを経て固形燃料を製造するようにしたものであり、廃プラスチックと古紙に炭化物を均等に付着させることが難しいものである。

そこで、本発明は、炭化物とプラスチックの混合燃料であるＣ−ＲＰＦの製造において、炭化物（チャー）をプラスチック表面に均等に付着させた状態で成型して成型時にプラスチックに炭化物を溶け込ませて炭化物の飛散のない廃棄物の炭化物とプラスチックの混合固形燃料を製造する方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、プラスチックを破砕する破砕工程と、該破砕工程で破砕されたプラスチックに水を付着するために水を加えて攪拌混合する第１混合工程と、廃棄物の炭化物を粉砕する粉砕工程とを備え、上記第１混合工程で表面に水が付着している破砕プラスチックと、上記粉砕工程で粉砕された廃棄物の炭化物とを混合して、破砕プラスチックの表面に粉状の炭化物を付着させるようにする第２混合工程と、上記第２混合工程で混合されて表面に炭化物が付着した状態の破砕プラスチックと粉状の炭化物との混合物を加熱成型する工程を順に備えて、炭化物とプラスチック混合固形燃料を製造することを特徴とする廃棄物の炭化物とプラスチック混合固形燃料の製造方法及び装置とする。

又、上記構成において、破砕されたプラスチックに加える水の量を、破砕プラスチックと粉状の炭化物の混合後の含水率が１０〜３０％程度となるようにし、破砕プラスチック表面に付着した水を介して粉状の炭化物を破砕プラスチック表面に付着させるようにする。

更に、炭化物とプラスチック混合固形燃料を成型する成型器に、成型部の温度をプラスチックを軟化できる温度に保持できるようにする加熱器を備え、プラスチックに炭化物を溶け込ませるようにしてもよい。

本発明の廃棄物の炭化物とプラスチック混合固形燃料の製造方法及び装置によれば、次のような優れた効果を奏し得る。
（１）プラスチックを破砕した後、破砕したプラスチックに水を加えて攪拌混合するので、水分を吸収し得ないプラスチックの表面に付着させて、プラスチックを湿らすことができる。
（２）プラスチックに加える水の量を、破砕プラスチックと粉状の炭化物の混合後の含水率が１０〜３０％程度となるようにすることにより、破砕されたプラスチック表面に水を均等に付着させることが可能となる。
（３）表面に水が付着した状態の破砕プラスチックに粉砕した炭化物を混合させるようにするので、破砕プラスチック表面に付着した水を介して粉状の炭化物をプラスチック表面に容易に付着させることができて、確実にプラスチックと炭化物の混合物とすることができる。
（４）上記（３）のプラスチックと炭化物の混合物を成型器で成型するときに、成型部の温度を、プラスチックを軟化できる温度に保持するようにすることにより、製品の外皮表面は水分のないものとなり、又、プラスチックに炭化物を溶け込んだ状態で成型できると共に、製品からの炭化物の飛散のないものとすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の一形態を示すもので、原料として都市ごみ等の廃棄物の炭化物（チャー）１とプラスチック２を使用し、両者を混合して炭化物１をプラスチック２の表面に付着させた後、加熱成型して、たとえば、石炭相当の発熱量を持つ、炭化物とプラスチック混合固形燃料（Ｃ−ＲＰＦ）４を製造するようにする。

詳述すると、プラスチック２を破砕する破砕機５と、該破砕機５の下流側に、破砕されたプラスチック２ａに水３を付着するために攪拌混合する第１混合機６を設ける。一方、都市ごみ等の廃棄物の炭化物（チャー）１を粒径の小さい粉粒状に粉砕する粉砕機７を設ける。

更に、上記第１混合機６の下流側と粉砕機７の下流側に、表面に水が付着している破砕プラスチック２ａと粉砕された炭化物（チャー）１ａとを混合して、破砕プラスチック２ａの表面に粉状の炭化物１ａを付着させるようにする第２混合機８を設置する。該第２混合機８の下流側には、上記第２混合機８で混合されて表面に炭化物１ａが付着した状態のプラスチック２ａと炭化物１ａの混合物９を加熱して押出し成型するようにした成型器１０を設置し、炭化物とプラスチック混合固形燃料（Ｃ−ＲＰＦ）４を製造して取り出すようにする。該成型器１０は、たとえば、成型部としての多孔盤状のダイス１１を有する押出し成型器とし、該ダイス１１から混合物９を押し出して成型できるようなものとし、且つ上記ダイス１１の温度が、上記混合物９の押出し成型時の摩擦熱と必要により使用するヒータ等による加熱でプラスチックを軟化する温度になって維持されるように、加熱器としてのヒータ１２を備えた構成のものとしてある。そのため、ヒータ１２は、成型器１０のダイス１１に設けた温度調節器１３からの信号でＯＮ・ＯＦＦされるようにしてある。

上記構成としてあるので、炭化物とプラスチック混合固形燃料（Ｃ−ＲＰＦ）４を製造する場合は、プラスチック２を破砕機５に入れて細かく破砕し、たとえば、大きさが１０〜１００ｍｍ程度のものとする。次いで、このように破砕されたプラスチック２ａを第１混合機６に導入すると共に、該第１混合機６に水３を加えて、破砕されたプラスチック２ａと水３とを混合させるようにする。この際、プラスチック２ａに加える水の量は、下流側にある第２混合機８にて炭化物１を混合した後に１０〜３０％程度の含水率となる程度の量とし、第１混合機６において、プラスチック２ａに水３を加えて攪拌混合することにより、破砕されたプラスチック２ａの表面に水３を均等に付着させてプラスチック２ａを湿らすようにする。

一方、都市ごみ等の廃棄物の炭化物（チャー）１は、粉砕機７にて粉砕するようにする。この際、粉砕する炭化物１ａの粒径は、上記破砕されたプラスチック２ａに対して相対的に十分に小さな粒径、たとえば、少なくとも１ｍｍ以下の粒径となるように微粉砕したものとする。

次に、上記のように、第１混合機６で表面に水３が均等に付着させられた状態のプラスチック２ａと、粉砕機７で微粉砕されて、たとえば、粒径が１ｍｍ以下となるようにしてある乾燥状態の炭化物（チャー）１ａとを、第２混合機８に導入して十分に混合させるようにし、プラスチック２ａの表面に粉状の炭化物１ａを均等に付着させるようにする。この際、破砕されている個々のプラスチック２ａには、表面に均等に水３が付着した状態になっているので、このプラスチック表面の付着水を介して粉状の炭化物１ａをプラスチック２ａの表面に均等に付着させることができることになる。

上記において、プラスチック２ａと炭化物１ａの混合割合は、製品としての炭化物とプラスチック混合固形燃料（Ｃ−ＲＰＦ）４の発熱量をどの程度にするかによって決めるようにするが、たとえば、発熱量が約２５．２ＭＪ／ｋｇの石炭相当の発熱量にする場合は、プラスチック２と炭化物１を５０：５０の割合となるようにすればよい。

上記のようにして、プラスチック２ａの表面に粉状の炭化物１ａが付着させられた状態のプラスチック２ａと炭化物１ａの混合物９は、第２混合機８から下流側にある成型器１０に供給し、加熱成型させるようにする。

成型器１０では、多孔盤状のダイス１１から上記混合物９を押し出すことにより成型するが、ダイス１１を通るときの摩擦熱と必要により使用するヒータ１２からの熱で、ダイス１１の温度を、プラスチック２ａを軟化する温度、たとえば、プラスチック２ａがポリエチレン主体の場合には、１１０℃以上となるような温度に保持するようにして、成型を行うようにする。

これにより、成型器１０から押し出された成型品の外皮表面は水分が完全に蒸発し、プラスチック２ａに炭化物１ａが完全に溶け込んだ状態になり、炭化物１ａの粉の飛散がなく、且つ、常温に下がった状態では十分な強度のある製品としての炭化物とプラスチック混合固形燃料（Ｃ−ＲＰＦ）４を製造することができる。この際、通常、炭化物とプラスチック混合固形燃料（Ｃ−ＲＰＦ）４は、粒径が大きい場合、内部に水分が若干残ったままの状態で成型されて取り出されるが、取り出されるときのＣ−ＲＰＦ４は、７０〜８０℃程度の温度であるため、内部に残っている水分は、製品としてのＣ−ＲＰＦ４が冷える過程で自然に蒸発すると共に、製品が保管されている間にも自然に蒸発する。そのため、最終的に燃料として使用する段階では支障となるようなことはなく、むしろ、製品の発火等のおそれのない状態を確保できるという利点がある。

なお、本発明では、上記した実施の形態のみに限定されるものではなく、たとえば、原料として、プラスチック２と炭化物１を用いる場合を示したが、炭化物１のほかに、紙や木材等を原料としてプラスチックに加えるようにしてもよいこと、又、成型器１０としては、フラットダイス方式のものを示しているが、リングダイス方式、スクリュー方式等の押出し成型する型式のものであれば、いずれも適用可能であること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の実施の一形態を示す概要図である。 従来提案されている一般廃棄物と廃プラスチックと古紙を原料として固形燃料を製造する方法を示す概要図である。 図２における圧縮・製粒装置の概略を示す切断側面図である。 従来提案されている廃棄物の固形燃料製造方法の概要を示す図である。

符号の説明

１ 炭化物
１ａ 粉状の炭化物（炭化物）
２ プラスチック
２ａ 破砕プラスチック（プラスチック）
３ 水
４ 炭化物とプラスチック混合固形燃料（Ｃ−ＲＰＦ）
５ 破砕機
６ 第１混合機
７ 粉砕機
８ 第２混合機
９ 混合物
１０ 成型器
１１ ダイス（成型部）
１２ ヒータ
１３ 温度調節器

Claims (4)

1. プラスチックを破砕する破砕工程と、該破砕工程で破砕されたプラスチックに水を付着するために水を加えて攪拌混合する第１混合工程と、廃棄物の炭化物を粉砕する粉砕工程とを備え、上記第１混合工程で表面に水が付着している破砕プラスチックと、上記粉砕工程で粉砕された廃棄物の炭化物とを混合して、破砕プラスチックの表面に粉状の炭化物を付着させるようにする第２混合工程と、上記第２混合工程で混合されて表面に炭化物が付着した状態の破砕プラスチックと粉状の炭化物との混合物を加熱成型する工程を順に備えて、炭化物とプラスチック混合固形燃料を製造することを特徴とする廃棄物の炭化物とプラスチック混合固形燃料の製造方法。
2. 破砕されたプラスチックに加える水の量を、破砕プラスチックと粉状の炭化物の混合後の含水率が１０〜３０％程度となるようにし、破砕プラスチック表面に付着した水を介して粉状の炭化物を破砕プラスチック表面に付着させるようにする請求項１記載の廃棄物の炭化物とプラスチック混合固形燃料の製造方法。
3. プラスチックを破砕する破砕機と、該破砕機で破砕されたプラスチックの表面に水を加えて該プラスチックを攪拌混合する第１混合機とを設け、且つ廃棄物の炭化物を粉砕する粉砕機を設け、該粉砕機の下流側と上記第１混合機の下流側に、表面に水が付着している破砕プラスチックと粉砕された粉状の炭化物とを混合して破砕プラスチック表面に粉状の炭化物を付着させるようにする第２混合機を設け、更に、該第２混合機の下流側に、表面に炭化物が付着した状態の破砕プラスチックと粉状の炭化物の混合物を加熱成型して炭化物とプラスチック混合固形燃料として取り出すようにしてある成型器を設けた構成を有することを特徴とする廃棄物の炭化物とプラスチック混合固形燃料の製造装置。
4. 成型器に、成型部の温度をプラスチックを軟化できる温度に保持できるようにする加熱器を備え、プラスチックに炭化物を溶け込ませるようにした請求項３記載の廃棄物の炭化物とプラスチック混合固形燃料の製造装置。

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