JP5971755B2

JP5971755B2 - 燃焼灰成型品の製造方法並びに燃料及び還元剤の製造方法

Info

Publication number: JP5971755B2
Application number: JP2012188167A
Authority: JP
Inventors: 智典竹本
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: JP2014043535A

Description

本発明は、燃焼灰成型品の製造方法並びに燃料及び還元剤の製造方法に関し、特に、安全性やハンドリング性に優れ、成型後の熱処理が不要な燃焼灰成型品の製造方法並びに該方法を利用した燃料及び還元剤の製造方法に関する。

微粉炭、重油、コークス等の燃料を燃焼させた際に生ずる燃焼灰は、固定炭素を多く含有することから、この固定炭素を燃料や還元剤として再資源化しようとする試みが注目を集めている。しかし、燃焼灰は、そのほとんどが１００μｍ以下の粉体であるため、発塵性が高い。そのため、受入、保管、搬送等の際に発塵及び粉塵爆発に注意が必要である。また、燃焼灰は粉体であるため、そのままでは還元剤として機能しない。

一方、燃焼灰と同様に粉体である微粉炭を還元剤として利用するためには、水、廃有機樹脂粉体や重質油等の結合材を用いて、塊状に成型する等の加工を施す方法が知られている。そこで、この技術を燃焼灰の成形に応用することが可能と考えられる。

例えば、特許文献１には、燃焼灰の１種である石炭灰と廃プラスチック（廃油や食品原料の絞りカスも混合）で固形燃料を成型することで、廃プラスチックの燃焼速度を低く抑え、また、燃焼時におけるプラスチックの溶融・流動化を防止し、固形燃料の形状を保持する技術が開示されている。

また、特許文献２には、常温の燃焼灰と廃プラスチックスに高温の燃焼灰を混合し、混合圧縮成形する固形燃料の製造方法が記載されている。

特開昭６２−２９２８８９号公報特開平７−２４２８８８号公報

しかし、結合材として水を用いると、炉内での熱損失が大きいことから、燃料としての利用には不適である。また、強度が小さく、炉内へ投下すると崩壊する虞があることから、還元剤としても有効な利用が図れず、成型後の乾燥や熱処理が必須となる。

また、結合材として廃トナーや廃塗料等の熱可塑性の廃有機樹脂粉体を用いて還元剤を製造する技術は、既に多く開示されているものの、この場合についても同様に、高温の炉内へ投入した際に強度が保てず、崩壊や飛散することから、還元剤として利用できない。さらに、廃有機樹脂粉体は、発塵性が極めて高いため、そのまま燃焼灰と混合及び成形する場合には、発塵及び粉塵爆発に注意が必要である。

加えて、重質油を結合材として使用すると、炉内の熱により強度が発現し、崩壊や飛散は防げるものの、加熱処理を施さない限り強度の発現は期待できないため、成型後の保管時及び搬送時の取扱いが煩雑となる。

また、結合材として重質油と廃有機樹脂粉体を用いて製造した例もあるが、廃有機樹脂粉体の添加量を増やすと、それに伴い重質油の粘度が急激に増加し、ハンドリング性が悪くなることから、廃有機樹脂粉体の添加量を制限せざるを得ず、処理量に限界があることが知られている。

さらに、廃有機樹脂粉体を使用する場合には、軟化・流動化の促進のための追加加熱によって温度管理を行う必要があり、例えば５０〜１５０℃に管理する必要があった。

また、特許文献１、２に記載の技術では、主にプラスチックの熱可塑性を利用して固形燃料の強度発現を促進させるが、廃棄物として排出されるプラスチック及びその破砕品は、熱可塑性・熱硬化性等、熱的性質が異なるものが混在したり、粗大物や、紙類・繊維質等の樹脂成分以外のものが含まれている場合も多く、廃プラスチックの熱可塑性を利用した固形燃料の強度発現や燃焼時の固形燃料の形状保持を制御するのは困難な場合がある。

そこで、本発明は、上記解決課題に鑑みてなされたものであって、燃焼灰や廃プラスチック破砕品等の産業廃棄物を燃料や還元剤として有効利用できると共に、安全性やハンドリング性に優れ、熱損失を低減させ、強度発現のための熱処理等を伴うことなく所望の強度を維持することができる燃焼灰成型品の製造方法等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、廃プラスチック破砕品にコールタール、アスファルト及び重油からなる群から選択される一以上の重質油及び燃焼灰を加えて混練し、成型する燃焼灰成型品の製造方法であって、前記成型品原料の全量に対する前記廃プラスチック破砕品の混合割合を、１０質量％以上２５質量％以下とし、前記成型品原料の全量に対する前記重質油の混合割合を、２５質量％以上４０質量％以下とすることを特徴とする。

そして、本発明によれば、燃焼灰を主原料として、廃プラスチック破砕品と重質油を混練し、成型して燃料や還元剤として利用できるため、燃焼灰、廃プラスチック等の産業廃棄物を有効利用することができる。また、重質油を成型品原料の一部として適量添加することにより、成型品を還元剤等に使用した際に、炉内で加熱されて重質油の熱間強度が発現するため、崩壊や分散を防ぐことができる。

また、冷間強度発現のための結合材として、廃有機樹脂粉体を使用しないため、発塵や粉塵爆発対策等の安全対策を大幅に簡易化できるとともに、ハンドリング性改善のための液体噴霧処理等が不要であるため、熱損失を低減させることができ、強度発現のために熱処理によって軟化や流動化を促進したりせずに、所望の強度を維持することが可能となる。

上記燃焼灰成型品の製造方法において、前記成型を１００℃以下で行うことができる。これにより、重質油由来の芳香族化合物や硫黄化合物を含む有害な蒸気の発生を抑制できるとともに、燃焼灰成型品を保管する際に、熱暴走や発火を防止することができ、安全性の向上を図ることができる。

前記成型にフラットダイス式成型機を用いることができる。これにより、他の押出し式の成型機よりも成型時の温度を低くして有害な蒸気の発生を抑制できる。また、混練された成型品原料を成型する際に、圧縮作用とねじりせん断作用を与えて成型品に冷間強度を発現させることが可能となる。

前記廃プラスチック破砕品の平均粒径を０．５ｍｍ以上、最大粒径を２０ｍｍ以下とすることができる。

さらに、本発明は、燃料の製造方法であって、上記いずれかの製造方法により、平均粒径２ｍｍ以上１０ｍｍ未満の粒状の燃料に成型することを特徴とする。また、本発明は、還元剤の製造方法であって、上記いずれかの製造方法により、平均粒径５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の粒状の還元剤に成型することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、燃焼灰、廃プラスチック破砕品等の産業廃棄物を燃料や還元剤として有効利用することができると共に、安全性やハンドリング性に優れ、熱損失を低減させ、強度発現のための熱処理等を伴うことなく所望の強度を維持することができる。

本発明に係る燃焼灰成型品の製造方法等を実施するためのシステムの全体構成図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る燃焼灰成型品の製造方法等を実施するためのシステムの全体構成図を示す。この燃焼灰成型品製造システム１（以下、「製造システム」と略称する）は、燃焼灰Ａ、重質油Ｏ、廃プラスチック破砕品Ｐを各々貯留するタンク２、タンク３、ホッパ４と、これらを混練する混練機５と、混練された混合物Ｍを押出し成型するフラットダイス式成型機６等を備える。

燃焼灰Ａとは、微粉炭、重油、コークス等の燃料を燃焼した際に発生した未燃カーボンを含む灰をいう。重質油Ｏとは、石炭系又は石油系のものを指し、コールタール、アスファルト、重油等をいう。

廃プラスチック破砕品Ｐとは、一般廃棄物系又は産業廃棄物系のプラスチックを適宜の寸法に破砕した物である。

上記廃プラスチック破砕品Ｐの平均粒径（篩の残分が５０質量％以下となる目開き寸法）は、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、平均粒径が０．５ｍｍ未満では、取扱いが困難であるため、好ましくない。

上記廃プラスチック破砕品Ｐの最大粒径（篩の残分が５質量％以下となる目開き寸法）は、２０ｍｍ以下が好ましいが、本発明に係る製造方法で得られた成型品を燃料としてセメントキルンのバーナー等で使用する場合には、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。これは、セメントキルンのバーナー等で使用する場合に、最大粒径が１０ｍｍを超えると火炎を形成し難く、燃料が着地した後も燃焼を継続するため、セメントクリンカーの品質を低下させる虞があるが、最大粒径が５ｍｍ以下であれば、着地燃焼する粒体の割合が少なくなり、燃料としての使用割合を大きくすることができるためである。

また、セメントキルンの仮焼炉に投入して使用する場合等は、スクリューコンベヤー、バケットエレベーター、ベルトコンベヤー等の機械式搬送装置にて搬送が可能であり、かつ２重のフラップダンパー、ロータリーフィーダ等の機械式投入装置によって投入が可能なサイズであればよいため、この場合の廃プラスチック破砕品Ｐの最大粒径は１００ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下とすることができる。

混練機５は、燃焼灰Ａ、廃プラスチック破砕品Ｐと重質油Ｏとを添加して混錬するために備えられ、回転羽根、パドル、リボン式等一般的なものを使用することができる。

フラットダイス式成型機６は、押出し成型機の一種であり、混練機５からの混合物Ｍを押出しながら成型するために備えられる。このフラットダイス式成型機６は、成型用の多数のダイス孔６ｂを備えた円盤状のダイス６ａの上をローラ６ｃを回転させ、混合物Ｍをローラ６ｃで破砕しながらダイス孔６ｂに圧入し、圧縮・押出成型を行う装置である。フラットダイス式成型機６において、成型時の温度を低下させるには、ダイス孔６ｂの長さを短くするか、ダイス６ａの上面又は下面付近の装置内部に冷却空気を導入する。

次に、上記構成を有する製造システム１を用いた、本発明に係る燃焼灰成型品の製造方法等について、図１を参照しながら説明する。

受け入れた廃プラスチック破砕品Ｐを保管ヤード８に一時的に保管し、製造システム１の運転開始に合わせてホイールローダー７でこれらを運搬し、廃プラスチックＰをホッパ４に投入する。

次に、燃焼灰Ａ、重質油Ｏ、廃プラスチック破砕品Ｐを貯留タンク２、３、及びホッパ４から各々混練機５へ供給して混練する。この際、成型品原料の全量に対し、廃プラスチック破砕品Ｐを１０質量％以上２５質量％以下、重質油Ｏを２５質量％以上４０質量％以下、残りを燃焼灰Ａとする。

混練機５で混練された混合物Ｍをフラットダイス式成型機６へ投入し、ダイス６ａ上でローラ６ｃを回転させ、混合物Ｍをローラ６ｃで破砕しながらダイス孔６ｂに圧入し、混合物Ｍを円柱状のペレットとして押出し成型して燃焼灰成型品を得る。この燃焼灰成型品は、平均粒径２ｍｍ以上１０ｍｍ未満の粒状に成型した場合には、燃料として、平均粒径５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の粒状に成型した場合には、還元剤として利用することができる。

尚、上記実施の形態においては、混合物Ｍを、成型温度を低くすることのできるフラットダイス式成型機６を用いて成型したが、他の形式の成型機を用いることもできる。

次に、上記製造システム１で還元剤として製造した成型品の強度を測定した結果を、表１に示す。

各試験サンプルは、燃焼灰Ａとして石油コークス灰、重質油Ｏとしてコールタール、バイオマスとして廃畳破砕品、廃プラスチック破砕品Ｐとしてポリエチレン, ポリプロピレン, ポリスチレン, ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレートなど多種の樹脂を含んだものを使用し、表１に記載の分量で８０℃で加熱成型したものである。また、その形状は、直径１５ｍｍ、高さ１５〜２０ｍｍの円柱状のものを使用した。

成型品の強度試験は、造粒物の強度試験方法「ＪＩＳＺ８８４１」のうち、落下強度試験に準拠して行った。具体的には、試験サンプルを１．６ｍの高さから落下させた後、その落下後の試験サンプルを３ｍｍ篩で篩う。これを３回繰り返し、３ｍｍ以上の粒子が落下試験前の総質量に対して８０％以上存在する場合には強度良好（○）とし、その他の場合には強度不十分（×）として判定した。

成型後、成型品が室温付近まで十分に冷めた後に、上記強度試験を実施して得られた強度を冷間強度とした。また、室温付近まで十分に冷めた成型品を、１０００℃に保持された電気炉内に静置し、１０分間加熱した後、上記強度試験を実施して得られた強度を熱間強度とした。

表１に示すように、廃畳破砕品及び廃プラスチック破砕品を全く使用しない場合（比較例１）は、冷間強度は不十分（×）、熱間強度は良好（○）となった。また、結合材としてコールタールを使用せず、廃畳破砕品か廃プラスチック破砕品のどちらか一方を使用した場合（比較例２、３）と、コールタールと廃畳破砕品と廃プラスチック破砕品の混合割合を等しくした（コールタールの混合割合が少ない）場合（比較例４）は、いずれも冷間強度は良好（○）、熱間強度は不十分（×）となった。このことから、廃畳破砕品及び廃プラスチック破砕品を全く使用しない場合も、コールタールの混合割合が０〜１５％である場合も、強度が不十分であることが分かる。

コールタールの混合割合が２５〜４０％であり、廃畳破砕品及び廃プラスチック破砕品の混合割合が少ない場合（比較例５）には、冷間強度は不十分（×）、熱間強度は良好（○）となり、混合割合が多い場合（比較例６）には、冷間強度は良好（○）、熱間強度は不十分（×）となった。一方、廃畳破砕品及び廃プラスチック破砕品の混合割合が５〜３０％である場合（参考例４〜６）には、冷間強度と熱間強度の両方が良好（○）となった。

以上より、本実施形態によれば、産業廃棄物を燃料や還元剤として有効利用することができると共に、ハンドリング性や安全性が高く、熱損失の低減や強度発現のための熱処理等を伴うことなく所望の強度を維持することができる。

１燃焼灰成型品製造システム
２燃焼灰タンク
３重質油タンク
４廃プラスチックホッパ
５混練機
６フラットダイス式成型機
７ホイールローダー
８廃プラスチック保管ヤード
Ａ燃焼灰
Ｏ重質油
Ｐ廃プラスチック
Ｍ混合物

Claims

廃プラスチック破砕品にコールタール、アスファルト及び重油からなる群から選択される一以上の重質油及び燃焼灰を加えて混練し、成型する燃焼灰成型品の製造方法であって、前記成型品原料の全量に対する前記廃プラスチック破砕品の混合割合を、１０質量％以上２５質量％以下とし、
前記成型品原料の全量に対する前記重質油の混合割合を、２５質量％以上４０質量％以下とすることを特徴とする燃焼灰成型品の製造方法。
前記成型を１００℃以下で行うことを特徴とする請求項１に記載の燃焼灰成型品の製造方法。
前記成型にフラットダイス式成型機を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼灰成型品の製造方法。
前記廃プラスチック破砕品の平均粒径を０．５ｍｍ以上、最大粒径を２０ｍｍ以下に調整することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の燃焼灰成型品の製造方法。
請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼灰成型品の製造方法により、平均粒径２ｍｍ以
上１０ｍｍ未満の粒状の燃料に成型することを特徴とする燃料の製造方法。
請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼灰成型品の製造方法により、平均粒径５ｍｍ以
上２０ｍｍ以下の粒状の還元剤に成型することを特徴とする還元剤の製造方法。