JP5755917B2 - 固形燃料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固形燃料の製造方法に関する。本発明は、特に、廃ウレタンを固形燃料とする、固形燃料の製造方法に関する。

産業廃棄物として排出される廃ウレタンは、その取扱いの際に、廃ウレタンの内部から発生する可燃性ガス（例えば、シクロペンタンガス）によってガス爆発を引き起こす可能性があるため、廃棄物処理において取扱いに注意を要する。また、粉塵爆発性のある廃ウレタンは、その取扱いの際に粉塵爆発を引き起こす可能性が懸念されている。

このような爆発を回避する対策として、例えば特許文献１では、ウレタン等の発泡断熱材を含めた冷蔵庫等の廃棄物を破砕する工程において、可燃性発泡剤を検知した場合には、不活性ガス又は空気を破砕装置内に供給するかもしくは、発泡剤を大気中に排出することを記載している。特許文献２では、発泡ウレタンを断熱材に用いた、廃棄された冷蔵庫を破砕する際に、発泡剤であるシクロペンタンがある一定の濃度に達した場合には、窒素、二酸化炭素又は水蒸気のいずれかを含む不燃性気体を破砕機内に供給することを記載している。

一方、冷蔵庫等に用いられ、不要となったウレタン等の発泡断熱材を減容処理する際の装置としては、スクリュー成形器が多く用いられている。また、このような発泡断熱材を減容して固形化するためには、加熱をするかもしくは、バインダーを添加することが必要であった。例えば特許文献３では、発泡断熱材中に残存するフロンを脱気し、残りの樹脂成分をスクリュー式成形器を用いて減容処理することを記載している。また、特許文献４では、かさ高い廃棄製品のプラスチックスを含むシュレッダーダストを、破砕、混練、圧縮及び粉砕して、その発熱及び乾燥作用を利用して減容固形化する、プラスチックスを含むシュレッダーダストの押出し固形化装置について記載している。

特開２００１−１１３５３３号公報 特開２００２−２０４９６８号公報 特開平０５−２００３７６号公報 特開平１０−８５７０１号公報

本発明は上記事情に鑑み、かさ密度が低く、かつ、粉塵爆発性、ガス爆発性のある廃ウレタンを造粒することにより、良好な成型安定性を備えた固形燃料を、安全に、かつ、効率的に製造することが可能となる固形燃料の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明によれば、廃ウレタンに、該廃ウレタンが減容器に導入される前に加水し、前記加水された廃ウレタンを減容器によって造粒し、固形燃料とすることを特徴とする固形燃料の製造方法が提供される。
前記減容器は、回転軸が鉛直方向に向いた、成型用の多数の貫通孔を設けた円盤状のダイスと、該ダイスの中心部に配置された加圧ローラとを有するフラットダイス式造粒装置であることが好適である。
前記加水された廃ウレタンの含水率は、５〜３０重量％であることが好適である。
前記フラットダイス式造粒装置におけるダイス開口率は、２５〜４５％であることが好適である。

本発明に係る固形燃料の製造方法によれば、かさ密度が低く、かつ、粉塵爆発性、ガス爆発性のある廃ウレタンを造粒することにより、良好な成型安定性を備えた固形燃料を、安全に、かつ、効率的に製造することが可能となる。

本発明で用いられるフラットダイス式造粒装置の一例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 セメントキルンの装置構成の一例を示す模式図である。 加水後の廃ウレタンの含水率と、各固形燃料のペレット強度及びペレット粉化率との関係を示すグラフである。 加水後の廃ウレタンの含水率と、各固形燃料のかさ密度との関係を示すグラフである。 フラットダイス式造粒装置のダイス開口率と、各固形燃料のペレット強度及びペレット粉化率との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る固形燃料の製造方法の一実施の形態について、図１を用いて説明する。
まず、本発明の処理対象物である廃ウレタン１１に、廃ウレタン１１が減容器１０に導入される前に加水する。
廃ウレタン１１の粉塵爆発性については、爆発下限濃度試験（ＪＩＳ Ｚ ８８１８）によって測定される爆発下限濃度の値によって評価される。
廃ウレタン１１の粒径は、最大粒径が４０ｍｍ以下であり、かつ平均粒径が５ｍｍ以下であることが好ましい。この粒径以下であれば、粉砕等の前処理の必要性がなく、造粒効率がよく、装置への投入量のコントロールも容易であるからである。なお、平均粒径の下限は、特に限定されないが、２ｍｍが好ましい。

廃ウレタン１１中には水分が含まれている。減容器１０では、この水分量を調整することができる。廃ウレタン１１については、減容器１０に導入される前に加水する。この際、廃ウレタン１１にミスト状の水分を噴霧することが好ましい。あらかじめ廃ウレタン１１の含水率を増加させておくことにより、粉塵爆発性を抑えることができるからである。
廃ウレタン１１の含水率は、減容器１０によって成形できる程度に含まれていることが好ましく、例えば、３０重量％以下である。特に、廃ウレタン１１については、含水率が少なくとも５重量％以上であれば、減容器１０に導入する際の粉塵爆発性を抑えることが可能である。

次に、加水された廃ウレタン１１を減容器１０によって造粒し、固形燃料とする。
減容器１０としては、図１に示すように、回転軸１５が鉛直方向に向いた、成型用の多数の貫通孔１７を設けた円盤状のダイス１２と、このダイス１２の中心部に配置された加圧ローラ１３とを有する一般的なフラットダイス式造粒装置であることが好ましい。フラットダイス式造粒装置の運転方法について、図１を用いて説明する。まず、廃ウレタン１１を、成型用の貫通孔１７を設けた円盤状のダイス１２の上に導入し、このダイス１２上で加圧ローラ１３を回転軸１５及び自転軸１６を中心に回転、自転させる。廃ウレタン１１を加圧ローラ１３で破砕しながら成型用の貫通孔１７へと圧入することによって圧縮、押出し成型され、固形燃料１４を造粒する。
フラットダイス式造粒装置の運転条件について、ダイス１２の開口率は、２５〜４５％の範囲である。ここで、ダイス１２の開口率とは、成型部面積に対する成型用貫通孔の総面積の割合を意味する。ダイス１２の温度は、８０〜１５０℃の範囲である。このようなダイス１２の開口率、ダイス１２の温度とすることによって、良好な成型安定性を備えた固形燃料を製造することが可能となる。その他の運転条件として、成型用の貫通孔１７の直径は、４〜３０ｍｍの範囲である。加圧ローラ１３の回転数は、３０〜１６０ｒｐｍの範囲である。

フラットダイス式造粒装置は、高圧力、高温度を要するスクリュー式ＲＰＦ／ＲＤＦ製造装置とは異なり、開放型構造を有する装置であるため、廃ウレタン中に含まれる可燃性ガスであるシクロペンタンガスを安全に、かつ、効率的に希釈又は系外に排出することができる。また、廃ウレタンを加熱する必要がないため、低温での固形燃料の成型が可能であり、固形燃料を安全に製造することが可能となる。さらに、低圧力で成型されるため、固形燃料の温度は上昇せず、固形燃料が発火するおそれは低く、固形燃料を保管する際の発火トラブル防止のために新たに加水する必要もない。

フラットダイス式造粒装置では、ダイス１２と加圧ローラ１３との摩擦によって、フラットダイスの温度は８０〜１５０℃まで上昇する。しかし、あらかじめ廃ウレタン１１の含水率を加水により増加させておき、加水された廃ウレタン１１の含水率を５〜３０重量％とすることによって、成型室内及び成型品（固形燃料１４）の温度上昇を、水分の蒸発潜熱により抑制することができる。したがって、固形燃料１４の製造時及び製造後の安全性を向上することが可能となる。

廃ウレタン１１中には、可燃性ガスであるシクロペンタンガスが含まれている。このシクロペンタンガスは、ダイス１２と加圧ローラ１３によって廃ウレタン１１が磨り潰される際に、発泡ウレタンの内部から発生する。したがって、ダイス１２の上部において、シクロペンタンガス濃度が爆発下限濃度を超える危険性がある。しかし、あらかじめ廃ウレタン１１の含水率を加水により増加させておき、加水された廃ウレタン１１の含水率を５〜３０重量％とすることによって、成型時に水分が蒸発する。これにより、ダイス１２の上部では、シクロペンタンガスによるガス爆発性が低減される領域（爆発下限濃度未満）の相対湿度（成型室内が１００％ＲＨ）となる。その結果、固形燃料１４の製造時におけるガス爆発性を低減することができ、安全性の向上が可能となる。

造粒された固形燃料１４は、ペレットであることが好ましい。ペレットの直径は４〜３０ｍｍ、長さは５〜７０ｍｍ、含水率は２〜３０重量％、ペレット強度は３ｋｇｆ以上、ペレット粉化率は５％以下、発熱量は３０００ｋｃａｌ／ｋｇ以上であることが好ましい。含水率については、ペレットの成型性及び固形燃料を造粒する際の安全性の観点から、１０〜２５重量％の範囲であることがより好ましい。ペレット強度については、ペレット強度の発現よりも、かさ密度を高めることを優先する。このようなスペックを有するペレットであれば、セメントキルンのバーナー用又は流動床炉用の固形燃料として好適な燃料性状となるからである。かさ密度が低い廃ウレタン１１をペレットとすることによって、かさ密度を高め、減容することができる。

得られた固形燃料１４は、セメントキルンのバーナー用の燃料として利用される。
セメントキルン２１の装置構成について、図２を用いて説明する。
セメントキルン（焼成炉）２１は、セメント原料２４を焼成してクリンカ２７を製造するための長尺の円筒状の回転体である。セメントキルン２１の原料供給側には、セメント原料２４を予熱及び脱炭酸し、かつセメントキルン２１で発生した排ガス２５を系外に排出するために、複数のサイクロンからなるプレヒーター２２、及び仮焼炉２３が連結されている。セメントキルン２１の焼成物排出側には、焼成物（クリンカ）を冷却するためのクーラー２６が連結されている。また、セメントキルン２１の焼成物排出側には、セメントキルン２１の原料を最高温度で１４５０℃程度の高温雰囲気にするために、バーナー２８、及び固形燃料１４の供給用の管路３０等が配設されている。管路３０は、一端がブロア３１に接続され、他端がバーナー２８に接続されている。管路３０の所定の地点（ブロア３１の近傍）には、固形燃料１４を貯留しかつ管路３０に供給するための貯留・定量供給装置２９が接続されている。

次に、このセメントキルンの運転方法について、図２を用いて説明する。
まず、プレヒーター２２の上部に設けられている原料投入口に、セメント原料２４を投入する。セメント原料２４は、プレヒーター２２及び仮焼炉２３内を下方に移動しながら、予熱及び脱炭酸され、次いで、窯尻からセメントキルン２１内に移動する。
セメント原料は、緩い傾斜を有しかつ緩やかに回転するセメントキルン２１内を、バーナー２８が配設されている窯前に向かって徐々に移動していき、その過程で焼成されてクリンカ２７となる。クリンカ２７は、セメントキルン２１の窯前からクーラー２６内に落下して、クーラー２６で冷却された後、排出される。
セメントキルン２１の内部は、原料の最高温度（バーナー２８の火炎の近傍の原料の温度）が１４５０℃程度になるように温度が管理されている。このような高温雰囲気を保持するために、本発明で得られる固形燃料１４は、セメントキルン２１の主燃料である微粉炭に代えて、あるいは微粉炭と併用して、バーナー２８から炉内に投入される。

本発明で得られる固形燃料１４は、一旦、貯留・定量供給装置２９に収容される。なお、貯留・定量供給装置２９を用いずに、上述した固形燃料１４を積んだフックロールコンテナ３から直接、固形燃料１４を管路３０に供給してもよい。
貯留・定量供給装置２９内の固形燃料１４は、貯留・定量供給装置２９の底部に設けられたロータリーフィーダー等の供給量調整手段によって、所定の供給速度で管路３０内に落下する。落下した固形燃料１４は、ブロア３１からの風圧によって所定の流速で管路３０内をセメントキルン２１に向かって移動し、管路３０の端部に接続されているバーナー２８の燃料噴射口からセメントキルン２１内に所定の噴射速度で投入される。
炉内に投入された固形燃料１４は、バーナー２８からの炎によって、炉底に着地する前に短時間で完全燃焼する。固形燃料１４の燃焼残渣は、クリンカの成分の一部となる。なお、固形燃料１４は、着地前に完全燃焼するので、クリンカの品質を低下させることはない。
固形燃料１４の単位時間当たりの処理量を増大させるために、図２中に矢印Ａで示すように、セメントキルン２１の窯尻から固形燃料１４を投入してもよい。

上述したように、粉塵爆発性のある廃ウレタンをペレットとすることで、容積当たりの熱量が増加する。したがって、本発明で得られる固形燃料１４を、化石燃料の代替として、上述したセメントキルンのバーナー用燃料に用いることができる。
なお、本発明で得られる固形燃料１４は、化石燃料の代替として、上述したセメントキルンのバーナー用燃料の他、流動床炉用の燃料等にも用いることが可能である。

以上のように、本発明に係る固形燃料の製造方法によれば、かさ密度が低く、かつ、粉塵爆発性、ガス爆発性のある廃ウレタンを造粒することにより、良好な成型安定性を備えた固形燃料を、安全に、かつ、効率的に製造することが可能となる。

以下、実施例等を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
あらかじめ廃ウレタンの含水率を加水により１３重量％とし、加水された廃ウレタンの爆発下限濃度及び最小着火エネルギーを測定した。爆発下限濃度は、ＪＩＳ Ｚ ８８１８「可燃性粉じんの爆発下限濃度測定方法」に準拠して測定した。また、最小着火エネルギーは、（社）日本粉体工業技術協会規格ＳＡＰ １２−１０「可燃性粉じん・空気混合気の最小着火エネルギー測定方法」に準拠して測定した。

（比較例１）
廃ウレタンに加水をせず、実施例１と同様に爆発下限濃度及び最小着火エネルギーを測定した。

（比較例２）
木粉の爆発下限濃度及び最小着火エネルギーを、実施例１と同様に測定した。
実施例１及び比較例１〜２の結果を表１に示す。

表１より、廃ウレタンの含水率を高めることによって、粉塵爆発性を抑制することが可能であることが示された。また、加水された廃ウレタンは、木粉と比べても、爆発危険性が低いことが示された。

（実施例２）
あらかじめ廃ウレタンの含水率を加水により１５重量％とし、加水された廃ウレタンをフラットダイス式造粒装置に投入して、固形燃料を造粒した。造粒中のダイス上部及びダイス下部のシクロペンタンガス濃度及び相対湿度を測定した。ダイスの温度は８０℃とした。また、得られた固形燃料の含水率は２重量％であった。シクロペンタンガス濃度は、新コスモス電機社製の高感度可燃性ガス検知器「コスモテクター」を用いて測定した。相対湿度は、ヴァイサラ社製のハンディタイプの温湿度計「ＨＭ７０」を用いて測定した。実施例２の結果を表２に示す。

表２より、ダイス上部及びダイス下部のシクロペンタンガス濃度は、共に爆発下限濃度未満であった。また、ダイス上部及びダイス下部の相対湿度は、共に１００％ＲＨであった。したがって、ダイスの温度を８０〜１５０℃の範囲とし、あらかじめ廃ウレタンの含水率を加水により５〜３０重量％の範囲とすることによって、固形燃料の製造時におけるガス爆発性を低減することができ、安全性の向上が可能となることが示された。

（実施例３）
あらかじめ廃ウレタンの含水率を加水により２０重量％とし、加水された廃ウレタンをフラットダイス式造粒装置に投入して、固形燃料を造粒した。廃ウレタンの加熱は行わず、ダイスの温度は８０℃とした。得られた固形燃料のペレット強度及びペレット粉化率を測定した。ペレット強度は、木屋式硬度計を用いて測定した。また、ペレット粉化率は、得られた固形燃料のうち、３．２メッシュ篩を通過した粉の重量を測定し、その割合を算出し、測定値とした。

（比較例３）
廃ウレタンの加熱を１２０℃で行ったこと以外は、実施例３と同様に行った。
実施例３及び比較例３の結果を表３に示す。

表３より、加熱を行わなくても良好な成型性を備えた固形燃料（ペレット）を造粒することが可能であることが示された。したがって、本発明に係る固形燃料の製造方法によれば、低温での固形燃料の成型が可能であるため、固形燃料を安全に製造することが可能であることが示された。

（実施例４）
あらかじめ廃ウレタンの含水率を加水により１５重量％とし、加水された廃ウレタンをフラットダイス式造粒装置に投入して、固形燃料を造粒した。廃ウレタンの造粒前後のかさ密度を測定した。かさ密度は、既知の容器に廃ウレタンを満杯になるように充填し、その充填重量を測定し、容器の容積で割ることによって算出した。実施例４の結果を表４に示す。

表４より、かさ密度が低い廃ウレタンをペレットとすることによって、かさ密度を高め、減容できることが示された。

（実施例５）
廃ウレタンに加水し、加水された廃ウレタンをフラットダイス式造粒装置に投入して、固形燃料を造粒した。加水後の廃ウレタンの含水率を１５重量％、２０重量％、３０重量％、４０重量％と変化させ、それぞれ得られた固形燃料のペレット強度、ペレット粉化率及びかさ密度を測定した。ペレット強度及びペレット粉化率は、実施例３と同様に行った。かさ密度は、実施例４と同様に行った。実施例５の結果を図３及び図４に示す。

図３より、あらかじめ廃ウレタンの含水率を加水により５〜３０重量％の範囲とすることによって、ペレット強度は３ｋｇｆ以上、ペレット粉化率は５％以下を満足することが示された。また、図４より、あらかじめ廃ウレタンの含水率を加水により５〜３０重量％の範囲とすることによって、かさ密度は良好な値が示された。このように、あらかじめ廃ウレタンの含水率を加水により５〜３０重量％の範囲とすることによって、良好な成型安定性を備えた固形燃料を製造することが可能であることが示された。

（実施例６）
あらかじめ廃ウレタンの含水率を加水により１５重量％とし、加水された廃ウレタンをフラットダイス式造粒装置に投入して、固形燃料を造粒した。フラットダイス式造粒装置のダイス開口率を変化させ、それぞれ得られた固形燃料のペレット強度及びペレット粉化率を測定した。ペレット強度及びペレット粉化率は、実施例３と同様に行った。実施例６の結果を図５に示す。

図５より、ダイス開口率を２５〜４５％の範囲とすることによって、良好な成型安定性を備えた固形燃料を製造することが可能であることが示された。

１０ 減容器
１１ 廃ウレタン
１２ ダイス
１３ 加圧ローラ
１４ 固形燃料
１５ 回転軸
１６ 自転軸
１７ 貫通孔
２１ セメントキルン
２２ プレヒーター
２３ 仮焼炉
２４ セメント原料
２５ 排ガス
２６ クーラー
２７ 焼成物（クリンカ）
２８ バーナー
２９ 貯留・定量供給装置
３０ 管路
３１ ブロア

Claims (1)

1. 回転軸が鉛直方向に向き、開口率が２５〜４５％となるように成型用の多数の貫通孔を設けた、円盤状のダイスと、該ダイスの中心部に配置された加圧ローラとを備えるフラットダイス式造粒装置を減容器として用い、
   廃ウレタンが減容器に導入される前に加水し、加水された前記廃ウレタンの含水率を、５〜３０重量％とし、
   前記廃ウレタンを前記ダイスの上に導入し、該ダイス上で前記加圧ローラを回転軸及び自転軸を中心に回転、自転させ、前記廃ウレタンを前記加圧ローラで破砕しながら成型用の貫通孔へと圧入することによって、前記廃ウレタンを圧縮、押出し成型し、固形燃料を造粒し、
   前記廃ウレタンの成型時に水分を蒸発させて、成型室内の温度上昇を抑制し、かつ前記成型室内の相対湿度を１００％ＲＨとし、
   前記廃ウレタンが磨り潰される際に前記廃ウレタンから発生するシクロペンタンガスによるガス爆発性を低減するようにして成ることを特徴とする固形燃料の製造方法。

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