JP5165271B2 - 廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法に関し、特に、コークス炉に装入する廃プラスチック量を増加させても、コークス強度の低下を抑制することが可能なコークスの製造方法に関する。
近年、プラスチック加工工程で発生した屑プラスチックや使用済みプラスチックなどの廃プラスチックの処理に関し、廃プラスチックをコークス炉にて石炭に混合して装入する方法が種々提案されている。ところが、単に廃プラスチックを多量に装入すると、コークスの強度が低下するという問題があった。
このような問題を解決する方法として、例えば、廃プラスチックを２０〜３０ｍｍ程度に破砕し、スクリュー型押出成型機を用いて約１２０℃で減容処理し、これを直径が２５ｍｍ程度、長さが３０〜４０ｍｍ程度に裁断し、ベルトコンベア上で空冷もしくは水冷した廃プラスチック成型物（以下、単に「成型物」とも称する。）を１質量％以下、石炭に事前に混合してコークス炉に装入するリサイクル処理方法が提案されている。
また、他の解決方法として、例えば、廃プラスチックを１６０℃超２５０℃以下の温度で一部又は全部を溶融させて圧縮成型し、これにより見かけ密度が０．７〜１．２ｋｇ／リットルのプラスチック粒状化物とし、このプラスチック粒状化物を石炭と混合してコークス炉にて乾留する廃プラスチックの再利用方法も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
ところで、上記特許文献１においては、廃プラスチックを成型した成型物の見かけ密度が石炭の真比重（１．０〜１．４ｋｇ／リットル程度）に比較して小さいために、廃プラスチック成型物の圧密効果が低くなり、このことがコークスの強度に影響を与えていると考えている。
しかしながら、廃プラスチックの成型物の見かけ密度を石炭の真比重に近くしても、廃プラスチックを多量に添加した廃プラスチック成型物を利用してコークスを製造した場合には、依然としてコークス強度の低下が生じるという問題があった。
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、廃プラスチック成型物を利用したコークスの製造方法において、廃プラスチックを多量に添加して製造した廃プラスチック成型物を利用した場合であっても、コークス強度の低下を抑制することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために、廃プラスチック成型物を利用して製造されたコークスの強度に影響を与えている要因について鋭意検討を重ねた結果、コークス炉内での廃プラスチック成型物の見かけ密度の大小による圧密効果が支配的な影響を与えているわけではなく、コークス炉内における廃プラスチックと石炭との接触面積の大小がコークス強度に支配的な影響を与えている、という知見を得た。すなわち、コークス炉における廃プラスチックと石炭との接触面積が大きいほどコークス強度が低下することになる。
この知見を基に、本発明者らがさらに検討した結果、コークス炉における廃プラスチックと石炭との接触面積を減少させるためには、コークス炉に装入する廃プラスチック成型物の比表面積を小さくすることが必要である、という考えに至った。
また、廃プラスチックは、家庭にて廃棄される際に付着する水分や、収集され処理されるまでに滞留している際に天候の影響で混入する雨水などの影響により、水分量の変動が大きく、廃プラスチックの含水率が１０質量％を超える場合も多く発生する。このような含水率が高い廃プラスチックを使用して廃プラスチック成型物を製造する場合、成型機に脱水・脱気機能を設けていても、脱水・脱気が不完全な場合がある。この場合、押出成型機内での加熱温度が不足したり、加熱出来たとしても水蒸気が成型物内に閉じ込められ、製造された成型物の内部に空隙（巣）が発生し、見かけ密度が低下したり、輸送中には成型物が破壊されるなどのトラブルが発生することがある。
そこで、本発明者らは、このような含水率に関する問題を解決するために検討した結果、廃プラスチックを所定のサイズ以下に微破砕することにより、破砕機における回転刃と固定刃と間での摩擦熱により加熱された微破砕後のプラスチックが、気流により搬送される間に乾燥され、成型機に装入する廃プラスチックの含水率を低くできる、という知見を得た。
なお、廃プラスチックは、主に家庭ゴミとして回収されるため、そのプラスチックの種類（ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ウレタン等）及び各プラスチックの存在比率の変動が大きく、廃プラスチック中には様々な融点のプラスチックが存在している。従って、押出成型機で加熱可能な温度１５０〜２００℃で溶融するプラスチックが２０〜６０質量％含有されていれば、溶融したプラスチックがバインダとなって強度的に十分な成型物を得ることができるので好ましい。
本発明は、以上のような知見に基づいて完成されたものであり、その要旨とするところは、以下の通りである。
（１） 廃プラスチックを、破砕機により長辺部の最大長さが７ｍｍ以下の微破砕プラスチックに破砕し、該微破砕プラスチックを気流搬送し、該気流搬送中に前記破砕により発生した熱により乾燥させた後、押出成型機内で加熱溶融しながら押出成型し、最大長さが１００ｍｍ以下で比表面積が１８０ｍｍ２／ｇ以下である塊状の廃プラスチック成型物とし、該廃プラスチック成型物及び石炭をコークス炉に装入し、コークスを製造することを特徴とする、廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（２） 前記微破砕プラスチックの長辺部の平均長さを２〜５ｍｍとすることを特徴とする、（１）に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（３） 前記微破砕プラスチックの水分量を２．５質量％以下とすることを特徴とする、（１）または（２）に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（４） 前記廃プラスチック中に含まれる成分のうち１５０℃〜２００℃で溶融する成分を有する低温溶融廃プラスチックの含有率は、前記廃プラスチック成型物の全質量に対して２０〜６０質量％であることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれかに記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（５） 前記押出成型機内で、最大粒径が１０ｍｍ以下で平均粒径が１〜３ｍｍの石炭を前記微破砕プラスチックと混合させることを特徴とする、（１）〜（４）のいずれかに記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（６） 前記微破砕プラスチックに混合される石炭の質量は、前記廃プラスチック成型物の全質量に対して８０質量％以下であることを特徴とする、（５）に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（７） 前記混合される石炭は、水分量が２．５質量％以下であることを特徴とする、（５）または（６）に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（１） 廃プラスチックを、破砕機により長辺部の最大長さが７ｍｍ以下の微破砕プラスチックに破砕し、該微破砕プラスチックを気流搬送し、該気流搬送中に前記破砕により発生した熱により乾燥させた後、押出成型機内で加熱溶融しながら押出成型し、最大長さが１００ｍｍ以下で比表面積が１８０ｍｍ２／ｇ以下である塊状の廃プラスチック成型物とし、該廃プラスチック成型物及び石炭をコークス炉に装入し、コークスを製造することを特徴とする、廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（２） 前記微破砕プラスチックの長辺部の平均長さを２〜５ｍｍとすることを特徴とする、（１）に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（３） 前記微破砕プラスチックの水分量を２．５質量％以下とすることを特徴とする、（１）または（２）に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（４） 前記廃プラスチック中に含まれる成分のうち１５０℃〜２００℃で溶融する成分を有する低温溶融廃プラスチックの含有率は、前記廃プラスチック成型物の全質量に対して２０〜６０質量％であることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれかに記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（５） 前記押出成型機内で、最大粒径が１０ｍｍ以下で平均粒径が１〜３ｍｍの石炭を前記微破砕プラスチックと混合させることを特徴とする、（１）〜（４）のいずれかに記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（６） 前記微破砕プラスチックに混合される石炭の質量は、前記廃プラスチック成型物の全質量に対して８０質量％以下であることを特徴とする、（５）に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
（７） 前記混合される石炭は、水分量が２．５質量％以下であることを特徴とする、（５）または（６）に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
本発明に係る廃プラスチック成型物を利用したコークスの製造方法によれば、廃プラスチック成型物の比表面積を所定値以下とすることにより、コークス炉内における廃プラスチックとコークス炉用石炭との接触面積を小さくすることが可能である。従って、本発明によれば、廃プラスチックを多量に添加して製造した廃プラスチック成型物を利用してコークスを製造した場合であっても、コークス強度の低下を抑制することができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
［コークス強度低下の要因］
まず、本発明の一実施形態に係るコークスの製造方法について説明する前に、その前提として、本発明者らが得た新たな知見、すなわち、廃プラスチック成型物を利用してコークスを製造する際に、コークス炉における廃プラスチックと石炭との接触面積が大きいほどコークス強度が低下する、という知見について説明する。
まず、本発明の一実施形態に係るコークスの製造方法について説明する前に、その前提として、本発明者らが得た新たな知見、すなわち、廃プラスチック成型物を利用してコークスを製造する際に、コークス炉における廃プラスチックと石炭との接触面積が大きいほどコークス強度が低下する、という知見について説明する。
通常、廃プラスチック中には、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の芳香族系プラスチック、及び、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の脂肪族系プラスチックが含まれている。このうち、脂肪族系プラスチックは、融点が１５０〜２００℃程度と低く、廃プラスチック成型物の押出成型の際に加熱することによりほとんど溶融するが、芳香族系プラスチックは、融点が２００℃超と高く、廃プラスチック成型物中に残存する。また、廃プラスチック中に残存した芳香族系プラスチックは、コークス炉内に装入されると、コークス原料の石炭と接触することにより、石炭の粘結性を著しく阻害する。この「粘結性」は、コークス炉用石炭の化学的な性状であり、コークス炉で製造されるコークスの強度への影響を支配している因子である。
このことから、本発明者らは、廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造において、コークス強度に支配的な影響を与えているのは、見かけ密度の向上による圧密効果よりも、むしろ石炭と廃プラスチックの界面における化学的作用である、ということを見出した。従って、コークス強度の低下を抑制するためには、石炭と廃プラスチックとの接触面積が小さくなるような廃プラスチック成型物を製造することが必要となる。なお、廃プラスチック中の成分のうち、上述したように、芳香族系プラスチックは、石炭との接触により粘結性を著しく阻害するが、脂肪族系プラスチックは、石炭と接触しても粘結性をほとんど阻害することはない。
［本発明の一実施形態に係るコークスの製造方法］
以上のような観点からなされた本発明の一実施形態に係る廃プラスチック成型物を利用したコークスの製造方法について、以下に説明する。
以上のような観点からなされた本発明の一実施形態に係る廃プラスチック成型物を利用したコークスの製造方法について、以下に説明する。
本発明の一実施形態に係る廃プラスチック成型物を利用したコークスの製造方法は、廃プラスチックを微破砕する破砕工程（Ａ）と、微破砕したプラスチックを押出成型して廃プラスチック成型物を製造する押出成型工程（Ｂ）と、製造された廃プラスチック成型物及び石炭をコークス炉に装入してコークスを製造するコークス製造工程（Ｃ）と、を含む。以下、図１に基づいて、本実施形態に係るコークスの製造方法の概略を説明する。なお、図１は、本実施形態に係るコークスの製造方法に用いる廃プラスチック成型物の製造設備を概略的に示す説明図である。
（破砕工程（Ａ）の概要）
図１に示すように、まず、例えば家庭ゴミや工業廃棄物として回収された廃プラスチックを、プラスチック用破砕機１０により微破砕する（破砕工程）。この破砕工程は、２段階に分けてもよく、例えば、廃プラスチックを１次破砕して粗破砕プラスチックを得た（１次破砕工程）後に、粗破砕プラスチックを２次破砕機に投入して、摩擦熱により加熱しながら、気流搬送装置により気流乾燥しながら微破砕プラスチック得てもよい（２次破砕工程）。
図１に示すように、まず、例えば家庭ゴミや工業廃棄物として回収された廃プラスチックを、プラスチック用破砕機１０により微破砕する（破砕工程）。この破砕工程は、２段階に分けてもよく、例えば、廃プラスチックを１次破砕して粗破砕プラスチックを得た（１次破砕工程）後に、粗破砕プラスチックを２次破砕機に投入して、摩擦熱により加熱しながら、気流搬送装置により気流乾燥しながら微破砕プラスチック得てもよい（２次破砕工程）。
次いで、微破砕したプラスチック（以下、「微破砕プラスチック」という。）を、例えば、吸引設備２０により吸引し、気流搬送により乾燥させながら、プラスチック用ホッパー付き定量切出装置３０まで搬送し、ここで貯留しておく。吸引設備２０は、例えば、ブロワー等の吸引装置及び輸送管からなる。次いで、ホッパー付き定量切出装置３０に貯留されている微破砕プラスチックの切出量（質量基準）を決定し、決定した切出量に基づき、一定量ずつ微破砕プラスチックを切り出し、押出成型機５０に供給する。押出成型機５０としては、例えば、後述する図３に示すようなスクリュー式押出成型機を使用することができる。また、廃プラスチック成型物中に石炭を混合させる場合には、予め乾燥石炭を石炭用ホッパー付き定量切出装置４０に貯留させておく。ホッパー付き定量切出装置４０に貯留されている乾燥石炭は、通常のコークス炉用石炭として粉砕された石炭を石炭乾燥機により水分量が所定量以下（例えば、２．５質量％以下）となるように乾燥させたものである。
（押出成型工程（Ｂ）の概要）
次に、ホッパー付き定量切出装置３０から切り出した一定量の微破砕プラスチックと、必要に応じて、ホッパー付き定量切出装置４０から切り出した一定量の石炭とを押出成型機５０内に投入し、これらを加熱溶融しながら押出成型して、比表面積が小さな塊状の廃プラスチック成型物を製造する（押出成型工程）。
次に、ホッパー付き定量切出装置３０から切り出した一定量の微破砕プラスチックと、必要に応じて、ホッパー付き定量切出装置４０から切り出した一定量の石炭とを押出成型機５０内に投入し、これらを加熱溶融しながら押出成型して、比表面積が小さな塊状の廃プラスチック成型物を製造する（押出成型工程）。
（コークス製造工程（Ｃ）の概要）
最後に、押出成型工程（Ｂ）により製造された廃プラスチック成型物及びコークス炉用石炭をコークス炉に装入し、コークスを製造する。この際、本実施形態に係る廃プラスチック成型物は比表面積が小さいので、廃プラスチックと石炭との接触面積を小さくすることができ、製造されたコークスの強度の低下を著しく抑制することが可能である。従って、廃プラスチック成型物の装入量を増加させることができ、多量の廃プラスチックを再利用して環境改善に寄与することができる。
最後に、押出成型工程（Ｂ）により製造された廃プラスチック成型物及びコークス炉用石炭をコークス炉に装入し、コークスを製造する。この際、本実施形態に係る廃プラスチック成型物は比表面積が小さいので、廃プラスチックと石炭との接触面積を小さくすることができ、製造されたコークスの強度の低下を著しく抑制することが可能である。従って、廃プラスチック成型物の装入量を増加させることができ、多量の廃プラスチックを再利用して環境改善に寄与することができる。
以上、本実施形態に係るコークスの製造方法の概略を説明したが、以下、上述した（Ａ）〜（Ｃ）の各工程について詳細に説明する。
（破砕工程（Ａ）の詳細）
第１に、図２に基づいて、破砕工程（Ａ）の詳細を説明する。なお、図２は、本実施形態に係る破砕工程（Ａ）に用いるプラスチック用破砕機１０の構成を示す説明図である。
第１に、図２に基づいて、破砕工程（Ａ）の詳細を説明する。なお、図２は、本実施形態に係る破砕工程（Ａ）に用いるプラスチック用破砕機１０の構成を示す説明図である。
まず、プラスチック用破砕機１０の構成について説明する。図２に示すように、プラスチック用破砕機１０は、プラスチックが投入されるホッパー１２と、ドラム状の破砕ローター１４と、回転刃１５と、固定刃１６と、スクリーン１８とを主に備える。
ホッパー１２の上部には、プラスチックを投入するための投入口１２ａが形成されている。また、破砕ローター１４は、ホッパー１２内に設けられ、例えば、図２の矢印Ｂの方向に回転する。回転刃１５は、破砕ローター１４の外周に複数設けられ、破砕ローター１４と共に回転する。固定刃１６は、破砕ローター１４の外周に近接した位置に設けられ、ホッパー１２の内面に固定されている。スクリーン１８は、破砕ローター１４の下方側の外周部の周りに設けられ、特定の大きさ以下の微破砕プラスチックのみをプラスチック用破砕機１０の外部へ排出する。このスクリーン１８は、固定刃１６と回転刃１５の回転により剪断されたプラスチックのうち、所望の大きさ以下の微破砕プラスチックのみをプラスチック用破砕機１０の外部へ排出するために、所定の径を有する複数の孔１８ａが形成された網目（メッシュ）状になっている。本実施形態では、スクリーン１８のメッシュとして、例えば、８ｍｍΦを選定してもよい。
次に、上述したプラスチック用破砕機１０を用いた廃プラスチックの破砕方法について説明する。本実施形態では、事前に人間の視覚による手選別による異物除去作業、及び磁力選別機による鉄製品等の分離や風力による重質物の分離等の機械的な異物除去作業を経た廃プラスチックを粗く破砕したもの（以下、「粗破砕プラスチックＰ１」という。）を、図２に示すように、ホッパー１２の投入口１２ａから、プラスチック用破砕機１内に投入する（図２の矢印Ａを参照）。投入された粗破砕プラスチックＰ１は下方に落下し、固定刃１６及び回転する回転刃１５が粗破砕プラスチックＰ１を剪断し、微破砕プラスチックＰ２とする。
ここで、本実施形態でいう「微破砕プラスチックＰ２」とは、長辺部の長さが最大７ｍｍ以下のものをいい、この場合、長辺部の長さの平均は３〜４ｍｍとなることが好ましい。また、微破砕プラスチックの形状は不定形であり、球状、塊状、細長い紐状等様々であるが、本実施形態でいう「長辺部」とは、球状、塊状、紐状等のプラスチックの最大長さを有する部分のことをいう。
固定刃１６及び回転する回転刃１５により剪断されたプラスチックは、スクリーン１８により篩い分けられる。本実施形態では、スクリーン１８に形成された孔１８ａが、長辺部の長さが７ｍｍ以下の微破砕プラスチックＰ２のみを通過させ、それ以上の長辺部の長さを有するプラスチックＰ３は通過させないような径となっている。従って、長辺部の長さが７ｍｍ以下の微破砕プラスチックＰ２のみがスクリーン１８の孔１８ａを通過し、プラスチック用破砕機１０の外部に排出される。この際、破砕された微破砕プラスチックＰ２が不定形であり、細長い紐状になることもあるため、１０ｍｍ以下の径の孔１８ａを有するスクリーン１８を使用する場合は、微破砕プラスチックＰ２の落下が重力によるもののみであると、排出不能となり孔１８ａが閉塞する場合もある。従って、このような孔１８ａの閉塞を防止するために、ブロワー等の吸引手段（図示せず）を設け、これにより微破砕プラスチックＰ２を吸引して、プラスチック用破砕機１０の外部へ強制的に排出するようにすることが好ましい。
この吸引手段には、微破砕プラスチックＰ２をプラスチック用ホッパー付き定量切出装置３０に気流搬送する際の流路となる輸送管（図示せず）が接続され、この吸引手段と輸送管とにより本実施形態に係る吸引設備２０を構成している。
本実施形態に係る破砕工程（Ａ）においては、長辺部の長さが７ｍｍ以下となるまで廃プラスチックを微破砕することで、高速回転する回転刃１５と固定刃１６との間の摩擦熱により、廃プラスチックは保持している水分とともに加熱され、吸引手段による吸引後、気流搬送で搬送される間に乾燥し、ほぼ安定的に微破砕プラスチックＰ２中の水分量を２．５質量％以下とすることができる。このように、微破砕プラスチックＰ２中の水分量を安定して２．５質量％以下とすることにより、廃プラスチック成型物の押出成型の際に、熱バランスが崩れることがない。
（押出成型工程（Ｂ）の詳細）
第２に、図３に基づいて、以上のようにして得られた微破砕プラスチックＰ１を使用して廃プラスチック成型物Ｐｆを押出成型する押出成型工程（Ｂ）の詳細を説明する。なお、図３は、本実施形態に係る押出成型工程（Ｂ）に用いるスクリュー型押出成型機５０の構成を示す説明図である。また、図３には、押出成型機５０の構成を示す図の下に、装置内部の圧力の状態を示す圧力分布図を示してある。
第２に、図３に基づいて、以上のようにして得られた微破砕プラスチックＰ１を使用して廃プラスチック成型物Ｐｆを押出成型する押出成型工程（Ｂ）の詳細を説明する。なお、図３は、本実施形態に係る押出成型工程（Ｂ）に用いるスクリュー型押出成型機５０の構成を示す説明図である。また、図３には、押出成型機５０の構成を示す図の下に、装置内部の圧力の状態を示す圧力分布図を示してある。
まず、押出成型機５０の構成について説明する。図３に示すように、押出成型機５０は、例えば、略円筒形状の本体部５１と、本体部５１の一端の上側に設けられた投入口５２と、本体部５１の内部に設置されたスクリュー５３と、本体部５１の他端部に連結されたダイス（面板）５４と、ダイス５４を貫通するように設けられた１つまたは複数のノズル５５と、ノズル５５の先端側に設置された切断機５６と、切断機５６を駆動させる切断機駆動モータ５７とを主に備える。押出成型機５０は、原料粉末にバインダを適当量加えて、ダイス５４に設けられた所定の径のノズル５５から、原料粉末を造粒した成型物を押し出す。
本実施形態に係る押出成型機５０のようなスクリュー式押出成型機としては、一般に、スクリューが１軸のものと２軸のものがある。１軸のものは摩擦熱により成型した原料を押し出すだけであるのに対し、２軸のものは混錬工程を含んでいる。図３では、１軸のスクリュー５３が設けられた例を示している。また、このスクリュー５３の先端部とダイス５４の後端部との間には、所定の隙間Ｇが設けられている。
切断機５６は、ノズルから押し出された成型物を所定の長さに切断できるものであれば、特に限定はされないが、例えば、図３には、切断機駆動モータ５７によりスクリュー５３の軸方向に対して垂直な面上を回転するプロペラ状の切断機を示している。
次に、上述した押出成型機５０を用いた廃プラスチック成型物の押出成型方法について説明する。本実施形態では、原料として様々な種類のプラスチックを含む廃プラスチックを微破砕したものを用い、廃プラスチック中の低融点のプラスチック（例えば、ＰＥ，ＰＰ等）を溶融させ、これにバインダの役割を持たせている。この低融点のプラスチックは、スクリュー５３のスラストとダイス５４（ノズル５５）の抵抗とにより、次第に加圧及び摩擦熱により加熱され溶融する。一方、ここで溶融しない高融点のプラスチック（例えば、ＰＳ、ＰＥＴ等）や必要に応じて混合する石炭等は、ダイス５５の孔を通って押し出される。この原料である廃プラスチックが供給されてからダイス５５の孔を通って押し出されるまでの間、すなわち、本体部５１は、図３に示すように、１：供給部、２：圧縮部、３：圧着部、４：均圧部とに区分することができる。
１：供給部では、投入口５２から、破砕工程（Ａ）で得られた微破砕プラスチックＰ２と、必要に応じて石炭とを押出成型機５０内に投入する。投入された微破砕プラスチックＰ２や石炭は、投入前の状態とほとんど同じ状態で加圧されず、材料密度の変化はない（図３の矢印（１）を参照）。
ここで、廃プラスチック成型物の原料として石炭を投入する場合には、投入する石炭としては、最大粒径が１０ｍｍ以下で平均粒径が１〜３ｍｍのものを使用することが好ましい。このような粒径の石炭を使用することにより、微破砕プラスチックＰ２と石炭との全体で粒度分布が広くなるため、最密充填させることが可能となる。従って、圧縮成型した際に高密度を有する成型物となる。上記粒径の石炭としては、通常のコークス炉用石炭として粉砕された石炭を用いればよい。この場合、石炭の投入量は、本工程で製造される廃プラスチック成型物Ｐｆの全質量に対して８０質量％以下とすることにより、冷間状態で、粉体工学における最密充填可能な理想粒度分布（ファーナス（Ｆｕｒｎａｓ）分布）を採用することが可能となる。すなわち、微破砕プラスチックＰ２は、長辺部の長さが７ｍｍ以下で、その形状は不定形であり、球状、塊状、細長い紐状等様々な形状となり得る一方で、本工程で投入する石炭は、粒径が１０ｍｍ以下で平均粒径は１〜３ｍｍであり、その形状は、球状、塊状と様々であることから、両者の混合の際に、原料粉末の粒度分布を広くすることにより、圧縮した際に高密度を有する成型物を成型させることができる。
また、本工程で投入する石炭としては、水分量が２．５質量％以下のものを使用することが好ましい。これにより、廃プラスチック成型物Ｐｆの押出成型の際に、熱バランスが崩れることがない。
このように、廃プラスチック成型物Ｐｆの原料として石炭を添加した場合には、微破砕プラスチックＰ２と石炭とを混錬する必要があるので、このような観点から、混錬工程を含む２軸のスクリューを備える押出成型機を使用することが好ましい。
２：圧縮部では、投入した原料である微破砕プラスチックＰ２（及び石炭）を圧縮・加圧する。この圧縮・加圧は、部分的に原料の脱気作用もある（図３の矢印（２）を参照）。
３：圧着部では、原料をさらに加圧して密度を増加させ、ダイス５４の背圧に応じて、後述する「４：均圧部」へ十分に密度の増した原料を送り込む状態にする（図３の矢印（２）を参照）。
４：均圧部では、スクリュー５３の形状等により、「３：圧着部」で発生した背力をダイス５４の面に均等に分布させ、原料の流れを均等にする。圧力は、本体部５１の筒断面、時間に対しても直ちに平均化されていくことになる。この段階で、押出成型機５０内が１５０〜２００℃程度まで加熱し、その結果、微破砕プラスチックＰ２中のＰＥ、ＰＰ等の融点の低いプラスチックが、溶融して液化し始める。ここで、押出成型機５０内の加熱温度を１５０〜２００℃としたのは、１５０℃未満では、溶融するプラスチックの成分がほとんどないため、バインダの役割をするプラスチックがない状態となり、成型することが困難となるためであり、２００℃を超えると、塩素含有プラスチックから塩素が気化してダイオキシンが生成される危険性があるためである。
また、廃プラスチック成型物の品質は、バインダの役割をする溶融するプラスチックの割合に大きく影響される。具体的には、廃プラスチック中に含まれる成分のうち、１５０〜２００℃で溶融する成分の割合が、廃プラスチック成型物Ｐｆの全質量に対して２０〜６０質量％であることが好ましい。このように、１５０℃〜２００℃で加熱させた熱間状態で、廃プラスチック成型物Ｐｆの全質量に対して２０質量％以上のプラスチック成分が溶融することにより、石炭及び融点が２００℃超で溶融しないプラスチック成分とを結合させるバインダの役割を果たし、廃プラスチック成型物内に空隙を少なくし、より大きな見かけ密度の廃プラスチック成型物Ｐｆを製造することができる。また、廃プラスチック中に含まれる成分のうち１５０℃〜２００℃で溶融する成分が、廃プラスチック成型物の全質量に対して２０質量％以上の量が含まれるように調整することにより、特殊で高価な設備を用いずに、通常のスクリュー型押出成型機を用いて負荷を小さくし、補修頻度を低下させることもできる。
なお、家庭ゴミから発生する廃プラスチックの各プラスチック成分の混入比率は、概ね１５０℃の融点の廃プラスチックが２０質量％程度であり、２００℃の融点の廃プラスチックが６０質量％程度である。
また、１５０〜２００℃で溶融するプラスチック成分が多い廃プラスチックを使用した場合には、ダイス５４とスクリュー５３との間の隙間Ｇの距離を小さくすることにより、練り込み時間の増加による溶融過多を防止することができる。溶融過多になると、押し込み圧力がかからず圧密不良となるため、成型物の見かけ密度が低下する。
次に、ダイス５４のノズル５５内の「５：ダイス部」では、圧力は、背面部分（スクリュー５３側の面）の圧力から大気圧まで降下する。この圧力降下は、ダイス５４の開孔率、ダイス５４の形状及び長さ、原料の通過速度、原料の物性などによって変化する。また、開孔率が小さくなるほど、または、ダイス５４（ノズル５５）の長さが長くなるほど、ダイス５４の抵抗（背圧）が増加し、「４：均圧部」の圧力を上昇させる（図３の（３）部を参照）。
最後にノズル５５から押し出された廃プラスチック成型物Ｐｆは、切断機５６により１００ｍｍ以下で好ましくは３５ｍｍ以上の長さに切断される（図３の（４）部を参照）。また、本実施形態では、ノズル５５の直径を３５〜１００ｍｍとしていることから、押し出された廃プラスチック成型物Ｐｆの直径も同程度の３５〜１００ｍｍとなる。このように、廃プラスチック成型物Ｐｆの大きさを、最大長さが１００ｍｍ以下となるようにしたのは、コークス炉の窯幅が４４０〜４６０ｍｍであり、装入車からのターンテーブルによる切出方法を使用することから、１００ｍｍ以下程度の塊状が限界であると考えられるためである。
以上のようにして、比表面積が１８０ｍｍ２／ｇ以下の円筒状の廃プラスチック成型物Ｐｆを得ることができる。比表面積を１８０ｍｍ２／ｇ以下としたのは、以下に説明する検討結果に基づくものである。一方、比表面積の下限については、廃プラスチック成型物Ｐｆを添加することによる廃プラスチックの処理効率を考えると、５０ｍｍ２／ｇ以上とすることが好ましい。
ここで、比表面積を１８０ｍｍ２／ｇ以下とした理由として、図４〜図６に基づいて、比表面積とコークス強度指数の低下代との関係について説明する。なお、図４〜図６は、比表面積とコークス強度指数との関係を示すグラフであり、それぞれ、廃プラスチック成型物の添加量を２質量％、３質量％、５質量％とした場合の例である。
廃プラスチック成型物１質量％までは、どの廃プラスチック成型物でもコークス強度指数の低下代は０であるが、図４に示すように、廃プラスチック成型物を２質量％添加した場合だと、比表面積が１８０ｍｍ２／ｇ以上になると明確に▲１．０は強度が低下することになる。比表面積が１８０ｍｍ２／ｇ以下ではコークス強度指数の低下代は０である。また、図５に示すように、廃プラスチック成型物を３質量％添加した場合でも、比表面積が１８０ｍｍ２／ｇ程度でコークス強度指数の低下代は▲０．５程度であり、これ以下では、コークス強度指数の低下代を０程度に抑制することが可能である。さらに、図６に示すように、廃プラスチック成型物を５質量％添加した場合でも、比表面積が１８０ｍｍ２／ｇ程度でコークス強度指数の低下代は▲４程度であり、実用上使用できる最低レベルは維持している。また、比表面積を１００ｍｍ２／ｇ以下とすれば、コークス強度指数の低下代は▲０．５程度まで低減させることができる。
（コークス製造工程（Ｃ）の詳細）
第３に、以上のようにして得られた廃プラスチック成型物Ｐｆを利用してコークス炉にてコークスを製造するコークス製造工程（Ｃ）の詳細を説明する。
第３に、以上のようにして得られた廃プラスチック成型物Ｐｆを利用してコークス炉にてコークスを製造するコークス製造工程（Ｃ）の詳細を説明する。
コークス炉用石炭の一部に代替して、押出成型工程（Ｂ）により得られた廃プラスチック成型物Ｐｆを、コークス炉用石炭と共にコークス炉に装入し、コークスを製造する。この際、本実施形態では、廃プラスチック成型物Ｐｆの比表面積を１８０ｍｍ２／ｇ以下とすることにより、廃プラスチックと石炭との接触面積を減少させることができ、ＰＳ、ＰＥＴ等のプラスチックによる石炭の粘結性を阻害することを著しく抑制できる。具体的には、後述する実施例にも示すように、本実施形態に係るコークスの製造方法によれば、コークス炉に入れる石炭及び廃プラスチック成型物の原料全体に対して、廃プラスチック成型物を１質量％〜５質量％まで装入しても、コークス強度の低下を抑制することができることがわかった。
また、本実施形態に係るコークスの製造方法によれば、廃プラスチックがどんな種類のプラスチックがどんな比率で含まれていても、あるいは、どんな水分率であっても、製造される廃プラスチック成型物と石炭との接触面積を小さくする、つまりは廃プラスチック成型物の比表面積をより小さくすることにより、コークス強度の低下を著しく抑制できる。さらに、本実施形態に係るコークスの製造方法は、特殊で高価な成型機を購入すること無く、設備コスト及び継続する修繕コストを低減出来る等の多大な効果を奏するものである。
以下、本発明の実施例と比較例を示しながら、本発明をさらに具体的に説明する。
廃プラスチックの種類・それぞれの比率及び水分率は１週間の長期操業で大きく変化しているものを用いている。石炭も１週間での長期操業で様々変化したものを用い、乾留したコークス強度指数としては回転強度であるＤＩ（Ｄｒｕｍ Ｉｎｄｅｘ）を用いている（ＪＩＳ Ｍ ８８０１）。石炭に廃プラスチック成型物を添加せずに製造したコークス強度指数を基準として、廃プラスチック成型物を２質量％、３質量％、５質量％をそれぞれの廃プラスチック成型物の製造設備で１週間の長期操業で製造した性状の平均値を用いて示している。なお、表１に製造された成型物の性状、表２に成型物の製造に用いた微破砕プラスチックの性状、表３に成型物の製造に用いた石炭の性状について、それぞれ記載した。
本発明例１と本発明例２との比較では、成型物の大きさは同じだが石炭含有率の差で見かけ密度が、本発明例２では大きくなり比表面積が低下する。本発明例２と本発明例３との比較では、見かけ密度を０．９ｋｇ／リットルまで上げることと、成型物の大きさを大きくすることがほぼ同等の比表面積に対する効果があることがわかる。本発明例３と本発明例４との比較では、見かけ密度が一定で更に成型物の大きさを大きくすることにより比表面積を低下させることがわかる。本発明では、本発明例８まで比表面積を小さくすることができる。
比較例１は、特許文献１、比較例２は廃プラスチック成型物の１週間の長期操業で製造した性状の平均値である。この両者材において、微破砕プラスチックの最大長さを本発明の上限を超えて長くすることにより、廃プラスチック成型物の比表面積及び見かけ密度が本発明の上限を超えて大きくなった。
この本発明例により、前記のように比表面積が１８０ｍｍ２／ｇ以下の廃プラスチック成型物を得ることが可能となったので、これを石炭に混合してコークス炉に２質量％以上入れても、上述した図４〜図６からわかるように、コークス強度を比較例に比して良好な品質の治金用コークスの製造が可能となった。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１０ プラスチック用破砕機
１２ ホッパー
１４ 破砕ローター
１５ 回転刃
１６ 固定刃
１８ スクリーン
２０ 吸引設備
３０ プラスチック用ホッパー付き定量切出装置
４０ 石炭用ホッパー付き定量切出装置
５０ 押出成型機
５１ 本体部
５２ 投入口
５３ スクリュー
５４ ダイス
５５ ノズル
５６ 切断機
５７ 切断機駆動モータ
Ｐ１ 粗破砕プラスチック
Ｐ２ 微破砕プラスチック
Ｐｆ 廃プラスチック成型物
１２ ホッパー
１４ 破砕ローター
１５ 回転刃
１６ 固定刃
１８ スクリーン
２０ 吸引設備
３０ プラスチック用ホッパー付き定量切出装置
４０ 石炭用ホッパー付き定量切出装置
５０ 押出成型機
５１ 本体部
５２ 投入口
５３ スクリュー
５４ ダイス
５５ ノズル
５６ 切断機
５７ 切断機駆動モータ
Ｐ１ 粗破砕プラスチック
Ｐ２ 微破砕プラスチック
Ｐｆ 廃プラスチック成型物
Claims (7)
- 廃プラスチックを、破砕機により長辺部の最大長さが７ｍｍ以下の微破砕プラスチックに破砕し、
該微破砕プラスチックを気流搬送し、該気流搬送中に前記破砕により発生した熱により乾燥させた後、押出成型機内で加熱溶融しながら押出成型し、最大長さが１００ｍｍ以下で比表面積が１８０ｍｍ２／ｇ以下である塊状の廃プラスチック成型物とし、
該廃プラスチック成型物及び石炭をコークス炉に装入し、コークスを製造することを特徴とする、廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。 - 前記微破砕プラスチックの長辺部の平均長さを２〜５ｍｍとすることを特徴とする、請求項１に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
- 前記微破砕プラスチックの水分量を２．５質量％以下とすることを特徴とする、請求項１または２に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
- 前記廃プラスチック中に含まれる成分のうち１５０℃〜２００℃で溶融する成分を有する低温溶融廃プラスチックの含有率は、前記廃プラスチック成型物の全質量に対して２０〜６０質量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
- 前記押出成型機内で、最大粒径が１０ｍｍ以下で平均粒径が１〜３ｍｍの石炭を前記微破砕プラスチックと混合させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
- 前記微破砕プラスチックに混合される石炭の質量は、前記廃プラスチック成型物の全質量に対して８０質量％以下であることを特徴とする、請求項５に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
- 前記混合される石炭は、水分量が２．５質量％以下であることを特徴とする、請求項５または６に記載の廃プラスチック成型物を利用した治金用コークスの製造方法。
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