JP6134567B2

JP6134567B2 - 固形燃料の製造方法及び装置

Info

Publication number: JP6134567B2
Application number: JP2013085430A
Authority: JP
Inventors: 日出機加藤
Original assignee: 株式会社知多リサイクル
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-04-16
Also published as: JP2014205810A

Description

本発明は、廃棄処分されたタイヤである廃タイヤを代表として、廃プラスチック、廃ゴム等の種々の廃有機物（有機産業廃棄物）を炭化させた有機炭化物を主原料とする固形燃料の製造方法及び装置に関するものである。

例えば、有機産業廃棄物として大量に発生する廃タイヤのリサイクルとしては、燃料として使用する熱的リサイクル、廃タイヤを粉砕したゴム粉をアスファルトに混入させて耐久性を高める等の材料的リサイクル、更に、廃タイヤのゴム部分を削り取って、未加硫ゴムを貼り付けて加硫することで再生タイヤとして再利用する方法が実施されている。

上記した廃タイヤの熱的リサイクルは、廃タイヤを直接に燃焼させる方法と、乾留させてガスを燃焼させる方法とがある。前者の熱的リサイクルとしては、ボイラー用燃料等として、そのまま燃焼させており、熱エネルギーは得られるとしても、環境面から見た場合には、燃焼時に大量のＣＯ₂が発生するために、世界的な課題であるＣＯ₂の発生の抑制に逆行するものである。後者のリサイクル法は、ＣＯ₂、ばいじん、その他の公害物質の発生が少ない利点があり、発生する乾留残渣（有機炭化物）は、ほぼそのままの状態で、廃棄物量の低減や熱回収のために燃料させたり、活性炭や製鋼時の原料として使用されているのが現状である。

一方、有機産業廃棄物を固形燃料として熱的リサイクルさせることに関しては、例えば、特許文献１には、プラスチック廃棄物に焼却灰、汚泥等を添加して混練したものを加熱溶融させて固形燃料とする技術が開示され、特許文献２には、産業廃棄物又は一般廃棄物のいずれかを破砕又は粉砕して、堆肥及び石灰と水を混ぜたものを、成形型内に入れて放置乾燥して固形燃料を得る技術が開示されている。いずれの固形燃料を成形する技術においても、プラスチック廃棄物等の産業廃棄物は、ただ単に破砕又は粉砕させ、この破砕物又は粉砕物に他の添加物を添加させたものを固形化させているのみであるため、燃焼面からは、破砕又は粉砕前のプラスチック廃棄物を燃焼させているのと同等であって、その発熱量は、原料であるプラスチック廃棄物に比較して、添加物が存在する分だけ減少するため、発熱量の面からは燃料としての価値も低下する。

また、産業廃棄物として種々の工場で大量に発生する焼却灰には、鉛、亜鉛、クロム、ガドミウム等の有害性の重金属、及び塩素（塩素イオン）が含まれており、その一部は、散水・浸漬・排水による脱塩処理を施して、セメント原料としてリサイクルされているが、リサイクル量は、全体の発生量からみると、僅かであって、大部分は、上記した重金属及び塩素を除去又は基準値以下に低減させる処理を行った後に、最終処分場で埋立て処理されているのが実情であり、埋立て処理後における有害物質の発生、最終処分場の確保等の問題がある。

特開平９−２５４８９号公報特開２００８−１８９７８７号公報

本発明は、廃タイヤを代表として、廃プラスチック、廃ゴム等の種々の有機産業廃棄物を乾留により炭化させた乾留残渣である有機炭化物の微粉砕物を主原料とし、必要に応じて木屑の微粉砕物又は焼却灰を副原料として、加熱混練工程を経て、加圧成形工程で固形化させて固形燃料にすることで、有機産業廃棄物を有効に処理して再資源化を図ることを課題としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、廃タイヤを乾留させた乾留残渣である廃タイヤ炭化物の微粉砕物を原料として、当該廃タイヤ炭化物にバインダー及び水を加熱混練させて、所定の固形状に加圧成形されて成る固形燃料を製造する方法であって、
廃タイヤを乾留させて残渣である廃タイヤ炭化物を発生させる工程と、
混練装置内に加熱蒸気を吹き込みながら、バインダーが加えられた当該廃タイヤ炭化物の微粉砕物を含む原料を連続投入して加熱混練することで、当該原料を湿潤化させる工程と、
湿潤化された前記原料を連続加圧成形機に供給して連続的に加圧成形することで、当該原料を所定形状の固形物に連続して成形する工程と、
を含むことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、廃タイヤを乾留させると、即ち、空気を遮断して自然発火を抑えた状態で強熱で熱分解させると、可燃性ガス、揮発性有機化合物及び乾留残渣に分離され、当該乾留残渣が廃タイヤ炭化物である。この廃タイヤ炭化物の微粉砕物を原料として、バインダーを加えて、ミキサー、ニーダー等の混練装置を使用して、加熱蒸気を加えながら、廃タイヤ炭化物の微粉砕物とバインダーとを加熱混練させることで、前記加熱蒸気の水分により当該原料を湿潤化させる。その後に、例えば、外周面に多数の成形凹部が設けられた一対の加圧成形ロール（ブリケットロール）から成る連続加圧成形装置（ブリケットマシン）を用い、加熱混練により湿潤化された原料を前記連続加圧成形装置に連続投入させると、一対の加圧成形ロールの各成形凹部により形成された合体成形凹部により、前記原料が連続して加圧成形されて、固形状の燃料が連続して成形される。

請求項１の発明によれば、大量発生する有機産業廃棄物である廃タイヤを乾留することで、ゴム成分の分解により発生する可燃性ガスを液化させて、Ａ重油相当の燃料油が得られると共に、廃タイヤに含まれている鉄線は酸化されることなく、そのまま取り出すことができて、この鉄線の二次使用（再使用）が可能となるうえで、乾留残渣である廃タイヤ炭化物は、微粉砕して、加熱混練させた後に加圧成形により固形燃料となる。よって、熱分解された成分を除いて、廃タイヤの殆ど全ての部分を熱的リサイクル、或いは再使用できる。

廃タイヤの乾留残渣である廃タイヤ炭化物は、炭素の含有割合が８０〜９０％であって、その発熱量は、６，８００kcal/kg 程度とされており、請求項１の発明では、乾留残渣である廃タイヤ炭化物を微粉砕したものを燃料の原料として、バインダーを加えた状態で、加熱蒸気の存在下で加熱混練させ、湿潤化状態で加圧成形することで、塊状の固形燃料となる。乾留残渣である廃タイヤ炭化物の発熱量は、原材料である廃タイヤのままの状態に比較して、相当に高められているので、固形燃料として必要な発熱量を十分に確保できる。請求項１の固形燃料は、廃タイヤ炭化物が主原料となっていて、他の副原料を含んでいないので、その発熱量としては、石炭を上回るため、代替コークスとしての使用が可能となる。

このように、請求項１の発明は、有機産業廃棄物として大量に発生する廃タイヤを乾留により廃タイヤ炭化物にすることで、大幅に減容化させたうえで、この廃タイヤ炭化物の微粉砕物を加熱混練工程を経て、加圧成形することで固形燃料として、廃タイヤを再熱資源化できる。固形燃料は、最終工程で塊状に加圧成形されることで、高い硬度を有しているため、通常の取り扱い程度では破損されないため、固形燃料の製造工場から、当該固形燃料を使用する工場まで、ダンプカーを使用して搬送する際、或いは固形燃料を使用する工場内における当該固形燃料を一時保管したり、或いは燃焼炉まで運搬する際においても、破損されないため、その取扱い性がよい。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記連続加圧成形機は、外周面に成形凹部を有していて、互いに逆回転する一対の加圧成形ロールが近接配置された構成であることを特徴としている。

請求項２の発明のように、互いに逆回転する一対の加圧成形ロールが近接配置された連続加圧成形機を用いると、加熱混練されて湿潤化された原料を連続加圧成形機に連続的に供給することで、一対の加圧成形ロールの各成形凹部により形成された合体成形凹部により、前記原料が連続して加圧成形されて、固形状の燃料が連続して成形される。このように、固形燃料の連続成形が可能となるため、産業界における大量消費に対応できる。

請求項３の発明は、廃タイヤを乾留させた乾留残渣である廃タイヤ炭化物の微粉砕物を原料として、当該廃タイヤ炭化物にバインダー及び水を加熱混練させて、所定の固形状に加圧成形されて成る固形燃料を製造する装置であって、
固形燃料の原料となる廃タイヤ炭化物の微粉砕物及びバインダー、必要に応じて焼却灰及び木屑の微粉砕物を収容するために、搬送コンベアの搬送方向に沿って順次配置された複数の原料タンクと、
前記各原料タンクから排出された１ないし複数の固形燃料の原料とバインダーとを混練させるための混練装置と、
前記混練装置内に水蒸気を送り込んで、１ないし複数の固形燃料の原料とバインダーとを加熱状態で混練させるための水蒸気発生装置と、
外周面に多数の成形凹部が形成された一対の加圧成形ロールを備え、前記混練装置内において加熱混練されて湿潤化された混合原料を連続投入することで、前記一対の加圧成形ロールの間で一対の前記成形凹部の合体形状に連続して加圧成形するための加圧成形装置と、
を備えていることを特徴としている。

請求項３の発明によれば、１ないし複数の固形燃料の原料とバインダーとが混練装置内に投入されると共に、水蒸気発生装置から当該混練装置に水蒸気が供給されることで、１ないし複数の原料とバインダーとは、加熱混練されて湿潤化された混合原料となり、当該混合原料は、このままの状態で加圧成形装置に連続的に送り込まれて、一対の加圧成形ロールによって、当該加圧成形ロールの外周面に形成された一対の成形凹部の合体により、当該合体成形凹部が転写された形状の固形燃料が連続して加圧成形される。よって、固形燃料の大量生産に対処できる。

請求項４の発明は、廃タイヤを除く有機産業廃棄物を乾留させて発生する乾留残渣である有機炭化物の微粉砕物と木屑の微粉砕物とを混合させた原料にバインダー及び水を加えて加熱混練させて、所定の固形状に加圧成形されて成る固形燃料を製造する装置であって、
前記有機炭化物の微粉砕物と木屑の微粉砕物とを混合させた原料を収容するために、搬送コンベアの搬送方向に沿って順次配置された複数の原料タンクと、
前記各原料タンクから排出された１ないし複数の固形燃料の原料とバインダーとを混練させるための混練装置と、
前記混練装置内に水蒸気を送り込んで、１ないし複数の固形燃料の原料とバインダーとを加熱状態で混練させるための水蒸気発生装置と、
外周面に多数の成形凹部が形成された一対の加圧成形ロールを備え、前記混練装置内において加熱混練されて湿潤化された混合原料を連続投入することで、前記一対の加圧成形ロールの間で一対の前記成形凹部の合体形状に連続して加圧成形するための加圧成形装置と、
を備えていることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項３の発明に対して、製造の対象である固形燃料の原料が異なるのみであって、製造装置としては、請求項３の発明と同等の作用効果が奏される。

本発明によれば、廃タイヤを代表として、廃プラスチック、廃ゴム等の種々の有機産業廃棄物を乾留により炭化させた乾留残渣である有機炭化物の微粉砕物を主原料とし、必要に応じて木屑の微粉砕物又は焼却灰を副原料として、加熱混練工程を経て、加圧成形工程で固形化させて、発熱量の高い固形燃料にすることで、有機産業廃棄物を有効に処理して再資源化が図られる。

廃タイヤを乾留させて廃タイヤ炭化物の微粉砕物を得るための工程を示す図である。本発明に係る固形燃料の製造装置の概念図である。（イ），（ロ），（ハ）は、それぞれ成形された固形燃料Ｆの平面図、側面図及び斜視図である。固形燃料の試料Ｎｏ．１〜４の成分割合を示す図である。固形燃料の試料Ｎｏ．１〜４で成形した固形燃料の発熱量を示す図である。

最初に、本発明に係る固形燃料Ｆの製造方法、及び装置について説明する。固形燃料Ｆは、廃タイヤの乾留残渣である廃タイヤ炭化物の微粉砕物Ｔc を主原料とし、焼却灰Ａ及び木屑の微粉砕物Ｗc を副原料とするものであって、これらの３種類の各原料にバインダーを加えて加熱混練させた混練物を固形燃料Ｆに成形したものである。廃タイヤ炭化物の微粉砕物Ｔc 及び木屑の微粉砕物Ｗc は、いずれも微粉砕装置によって、大きさが１ｍｍ以下となるまで粉砕されている。

固形燃料Ｆの製造装置は、図１に示されており、廃タイヤ炭化物の微粉砕物Ｔc 、焼却灰Ａ、木屑の微粉砕物Ｗc 及びバインダーＢを収容する各原料タンクＫ₁〜Ｋ₄が搬送コンベアＣ₁の直上に当該搬送コンベアＣ₁の搬送方向に沿って設置され、各原料タンクＫ₁〜Ｋ₄からは、その排出口の部分に設けられた排出量調整器（図示せず）によって、設定量だけ搬送コンベアＣ₁に落下供給され、当該搬送コンベアＣ₁の搬送方向の終端において、計３種類の原料である廃タイヤ炭化物の微粉砕物Ｔc 、焼却灰Ａ及び木屑の微粉砕物Ｗc とバインダーとが、ミキサーＥの上部に設けられたホッパー１から、当該ミキサーＥ内に供給される。ミキサーＥには、水蒸気発生装置Ｓから水蒸気が連続供給されていて、当該ミキサーＥ内に供給された固形燃料Ｆの３種類の原料Ｔc,Ａ, Ｗc は、高温の水蒸気が連続供給される状態で混練されることで、水分及び熱が加えられて、３種類の原料Ｔc,Ａ, Ｗc は、湿潤状態に加熱混練されて、混合原料Ｍb となる。

ミキサーＥにより、３種類の原料Ｔc,Ａ, Ｗc が加熱混練された混合原料Ｍb は、搬送コンベアＣ₂によって、互いに逆方向に連続回転する一対の加圧成形ロール（ブリケットロール）３から成る連続加圧成形装置（ブリケットマシン）Ｄのホッパー４の部分から内部に供給される。一対の加圧成形ロール３の外周面には、多数の成形凹部が形成され、各加圧成形ロール３の対向する各成形凹部の合体により合体成形凹部が形成される。これにより、連続加圧成形装置Ｄのホッパー４から供給された混合原料Ｍb は、一対の加圧成形ロール３の間に導かれ、当該各加圧成形ロール３の各成形凹部に閉じ込められた前記混合原料Ｍb は、当該各加圧成形ロール３の互いに逆方向の回転により、加圧成形されることで、前記合体成形凹部に凹形状が反転された形状の固形燃料Ｆが成形されて、直下の搬送コンベアＣ₃の上に連続して落下された後に搬送されて、回収箱５に回収される。

バインダーＢとしては、固形のデンプンが使用されるが、液状のバインダーを使用することも可能である。液状バインダーの場合には、ミキサーＥ内の混合原料Ｍb に対して供給する。

有機産業廃棄物として大量発生する廃タイヤは、図２に示されるように、乾留工程を経ることで、乾留残渣として発生した廃タイヤ炭化物を微粉砕させることで、廃タイヤ炭化物の微粉砕物を得ている。廃タイヤ炭化物の微粉砕物は、１粒の大きさが１ｍｍ以下の粉体状を呈している。廃タイヤの乾留工程では、ゴム成分の分解により発生する可燃性ガスを液化させて、Ａ重油相当の燃料油が得られると共に、廃タイヤに含まれていた鉄線類は、酸化されることなく、そのまま取り出されて、二次使用（再使用）が可能となる。このため、廃タイヤの乾留では、ＣＯ₂の発生を抑制できるうえ、殆ど全ての化学的分解物又は物理的分離物が熱的リサイクル、又は二次使用される点で、資源の再利用の観点における意義が大きい。

固形燃料Ｆは、図３に示されるように、縦×横×高さが、（５０×４０×２０）ｍｍの「豆炭」状をしていて、その密度は、（１．２〜１．５）ｇ／ｃｍ³である。そして、後述の試料Ｎｏ．４の成分割合の混合原料Ｍb で成形された「豆炭」状の固形燃料Ｆは、加圧成形されているために、５．２ｍの高さからアスファルト上に自然落下させても、破損されない程度の硬度を有している。よって、通常の取り扱いで破損されることは殆どないため、固形燃料の製造工場から、燃焼炉を有するセメント工場等まて、ダンプカーを使用して当該固形燃料を搬送する際、或いは固形燃料を使用する工場内で当該固形燃料を一時保管したり、運搬したりする際に、破損されないために、その取扱い性が極めてよい。

廃タイヤ炭化物の微粉砕物を原料の主体とする上記した固形燃料Ｆの製造方法及び装置は、当該固形燃料Ｆの搬送の問題も含めて、大量の固形燃料Ｆを定常的に必要とする産業界の要望に対処できる。また、廃タイヤ炭化物の微粉砕物Ｔc ，木屑の微粉砕物Ｗc 及び焼却灰Ａの３種類の原料の加熱混練装置としては、上記したミキサーＥの他に、回転軸の軸方向に沿って多数の攪拌羽根が取付けられたニーダー装置を利用することも可能であり、当該ニーダー装置には、縦型と横型とがあるが、両者を併用すると、異種原料の混練度が高められる。

なお、上記した固形燃料Ｆは、古来より存在する「豆炭」の形状を模した例であるが、取扱い性等を考慮して、連続加圧成形装置Ｄを構成する一対の加圧成形ロール３の外周面に形成される成形凹部の形状の選択により、厚円盤状、球形状、円筒状等の任意の形状を選択できる。

図４及び図５は、それぞれ実験的に成形した固形燃料の試料Ｎｏ．１〜４の成分割合、及び発熱量を示す図である。固形燃料の原料は、廃タイヤ炭化物の微粉砕物Ｔc 、焼却灰Ａ及び木屑の微粉砕物Ｗc であって、これらの原料にバインダーとしてデンプン、及び水を加えたものを混練させて、重量が５０ｇ程度の円筒状のテストピースを加圧成形し、当該テストピースを燃焼させて発熱量を測定した。なお、焼却灰としては、ボイラーから発生した「ばいじん」と一般燃焼物の「燃え殻」とを用いた。

試料Ｎｏ．１〜４における「廃タイヤ炭化物」、「焼却灰」及び「木屑」の占める重量割合は、それぞれ（０．１２，０．６４，０．１８）、（０．３０，０．４６，０．１８）、（０．４３，０．３４，０．１８）、（０．５５，０．２１，０．１８）であって、廃タイヤ炭化物の割合が多い程、又は焼却灰の割合が少ない程、発熱量が大きいことが分かる。輸入炭及びコークスの発熱量は、それぞれ（６，３００），（７，２００）kcal/ kgとされており、本発明に係る固形燃料を代替石炭として使用するには、試料Ｎｏ．４の固形燃料の発熱量を必要とする。よって、廃タイヤ炭化物の割合が重量％で５５以上であって、焼却灰の割合が重量％で２０以下であると、「廃タイヤ炭化物」、「焼却灰」及び「木屑」の３種類の混合原料からなる固形燃料は、代替石炭として機能し得る。なお、木屑の割合は、固形燃料としての着火性の観点から、重量％で（１５〜２５）程度が望ましい。

また、上記した試料Ｎｏ．３，４において、焼却灰を使用せずに、廃タイヤ炭化物と木屑の２種類のみであって、しかも廃タイヤ炭化物の割合が重量％で７０以上とした固形燃料（請求項１の発明により製造された固形燃料）は、発熱量を殆ど有しない焼却灰を含まず、しかも発熱量の高い炭化物の割合が多いので、その発熱量は、コークスに相当するものと思われ、このような固形燃料は、代替コークスとしての使用が期待できる。

また、上記した固形燃料は、廃タイヤ炭化物を主原料としたものであるが、廃プラスチック、廃ゴム等の廃タイヤ以外の有機産業廃棄物を乾留させて発生する残渣である有機炭化物を主原料として、上記と同様の製造方法及び装置によって固形燃料を成形することも可能である。この固形燃料は、請求項４の発明に係る製造装置により成形される。

Ａ：焼却灰
Ｂ：バインダー
Ｃ₁〜Ｃ₃：搬送コンベア
Ｄ：連続加圧成形装置
Ｅ：ミキサー（混練装置）
Ｆ：固形燃料
Ｋ₁〜Ｋ₄：原料タンク
Ｍb ：混合原料
Ｔc ：廃タイヤ炭化物の微粉砕物
Ｗc ：木屑の微粉砕物
３：加圧成形ロール

Claims

廃タイヤを乾留させた乾留残渣である廃タイヤ炭化物の微粉砕物を原料として、当該廃タイヤ炭化物にバインダー及び水を加熱混練させて、所定の固形状に加圧成形されて成る固形燃料を製造する方法であって、
廃タイヤを乾留させて残渣である廃タイヤ炭化物を発生させる工程と、
混練装置内に加熱蒸気を吹き込みながら、バインダーが加えられた当該廃タイヤ炭化物の微粉砕物を含む原料を連続投入して加熱混練することで、当該原料を湿潤化させる工程と、
湿潤化された前記原料を連続加圧成形機に供給して連続的に加圧成形することで、当該原料を所定形状の固形物に連続して成形する工程と、
を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法。
前記連続加圧成形機は、外周面に成形凹部を有していて、互いに逆回転する一対の加圧成形ロールが近接配置された構成であることを特徴とする請求項１に記載の固形燃料の製造方法。
廃タイヤを乾留させた乾留残渣である廃タイヤ炭化物の微粉砕物を原料として、当該廃タイヤ炭化物にバインダー及び水を加熱混練させて、所定の固形状に加圧成形されて成る固形燃料を製造する装置であって、
固形燃料の原料となる廃タイヤ炭化物の微粉砕物及びバインダー、必要に応じて焼却灰及び木屑の微粉砕物を収容するために、搬送コンベアの搬送方向に沿って順次配置された複数の原料タンクと、
前記各原料タンクから排出された１ないし複数の固形燃料の原料とバインダーとを混練させるための混練装置と、
前記混練装置内に水蒸気を送り込んで、１ないし複数の固形燃料の原料とバインダーとを加熱状態で混練させるための水蒸気発生装置と、
外周面に多数の成形凹部が形成された一対の加圧成形ロールを備え、前記混練装置内において加熱混練されて湿潤化された混合原料を連続投入することで、前記一対の加圧成形ロールの間で一対の前記成形凹部の合体形状に連続して加圧成形するための加圧成形装置と、
を備えていることを特徴とする固形燃料の製造装置。
廃タイヤを除く有機産業廃棄物を乾留させて発生する乾留残渣である有機炭化物の微粉砕物と木屑の微粉砕物とを混合させた原料にバインダー及び水を加えて加熱混練させて、所定の固形状に加圧成形されて成る固形燃料を製造する装置であって、
前記有機炭化物の微粉砕物と木屑の微粉砕物とを混合させた原料を収容するために、搬送コンベアの搬送方向に沿って順次配置された複数の原料タンクと、
前記各原料タンクから排出された１ないし複数の固形燃料の原料とバインダーとを混練させるための混練装置と、
前記混練装置内に水蒸気を送り込んで、１ないし複数の固形燃料の原料とバインダーとを加熱状態で混練させるための水蒸気発生装置と、
外周面に多数の成形凹部が形成された一対の加圧成形ロールを備え、前記混練装置内において加熱混練されて湿潤化された混合原料を連続投入することで、前記一対の加圧成形ロールの間で一対の前記成形凹部の合体形状に連続して加圧成形するための加圧成形装置と、
を備えていることを特徴とする固形燃料の製造装置。