JP6619272B2

JP6619272B2 - 廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP6619272B2
Application number: JP2016057780A
Authority: JP
Inventors: 智典竹本; 泰之石田; 洸瀧澤
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: JP2017171750A

Description

本発明は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の廃棄物をセメント焼成装置で燃焼処理する方法及び装置に関する。

従来、炭素繊維強化プラスチックの廃棄物（以下、適宜「廃ＣＦＲＰ」という。）は最終処分場で埋立処理されていたが、最終処分場の枯渇のおそれに鑑み、焼却処理をする場合も近年では燃焼熱の有効利用が求められ、セメント焼成装置で燃焼処理することが提案されている。

しかし、廃ＣＦＲＰをセメント焼成装置に供給すると、廃ＣＦＲＰ中の炭素繊維よりも先に樹脂が燃焼するため、樹脂により一体化していた炭素繊維が分散し、分散した炭素繊維が燃焼せずにセメント焼成装置の排ガスと共に排出され、廃ＣＦＲＰをセメント焼成装置で包括的に燃焼させることは困難であった。また、セメント焼成装置の排ガスに分散した炭素繊維が含まれることで、排ガスを処理する電気集塵装置で荷電不良等の不具合が生じたり、バグフィルターの性能低下が生じるおそれがあった。

そこで、特許文献１には、廃ＣＦＲＰを３ｍｍ以下に粉砕してセメントキルンの窯前に供給して燃焼処理することが提案されている。これにより、廃ＣＦＲＰをセメントキルンの１２００℃以上の高温領域で包括的に燃焼させ、セメント焼成装置の排ガスに廃ＣＦＲＰ中の炭素繊維が含まれるのを防止し、電気集塵装置の不具合やバグフィルターの性能低下を防止することもできる。

特開２００７−１３１４６３号公報

しかし、上記特許文献１に記載の方法では、強度の高い廃ＣＦＲＰを３ｍｍ以下に粉砕する必要があるため運転コストが高騰する。そのため、廃ＣＦＲＰを低コストで効率よく処理する方法が要請されていた。

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、セメント焼成装置の排ガスを集塵する電気集塵装置の安定運転を維持しながら、低コストで効率よく廃ＣＦＲＰを包括的に燃焼処理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、廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理方法であって、廃棄炭素繊維強化プラスチック、セメント及び水を混合して混合物を硬化させ、得られた固形物をセメントキルンの窯尻に供給することを特徴とする。

本発明によれば、廃棄炭素繊維強化プラスチックをセメントと一体化することで、セメントキルンの窯尻内で廃棄炭素繊維強化プラスチック中の樹脂が燃焼しても、廃棄炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維が分散することがなく、炭素繊維がセメント焼成装置から燃焼せずに排出されるのを防止することができる。これにより、セメント焼成装置の排ガスを集塵する電気集塵装置の安定運転を維持しながら、セメントキルンの窯尻からキルン内で廃棄炭素繊維強化プラスチックを包括的に燃焼させ、燃焼熱を有効利用することができる。

また、廃棄炭素繊維強化プラスチックをセメント及び水と混合するだけの簡易な方法で包括的な燃焼を可能にし、細かく粉砕する必要もないため、運転コストを低く抑えながら効率よく燃焼処理することができる。

上記廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理方法において、前記混合対象物（廃棄炭素繊維強化プラスチック、セメント及び水）にさらに飛散防止材としてスラグ、燃焼灰、焼却灰又は焼却飛灰を添加して硬化させることができる。これにより、廃棄炭素繊維強化プラスチックをセメントとより強固に一体化させることで、炭素繊維がセメント焼成装置の排ガスと共に排出されるのをより確実に防止することができる。

また、前記混合対象物（廃棄炭素繊維強化プラスチック、セメント及び水、又は廃棄炭素繊維強化プラスチック、セメント、水及び飛散防止材）にさらに溶融剤として炭酸ナトリウム、炭酸リチウム又は炭酸カリウムを添加して硬化させることができる。これにより、セメントキルンの窯尻に供給された固形物が加熱され、固形物の強度が低下した後に固形物中の溶融剤が溶融状態になって固形物が一体化するため、廃棄炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の分散を防止し、炭素繊維がセメント焼成装置の排ガスと共に排出されるのをより確実に防止することができる。

さらに、前記固形物の粒径を１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に調整することができ、セメントキルンを安定して運転しながら、廃棄炭素繊維強化プラスチック内の炭素繊維の飛散を確実に防止することができる。

また、前記廃棄炭素繊維強化プラスチックを粒径５０ｍｍ以下とすることができる。これにより、廃棄炭素繊維強化プラスチックをより確実に燃焼させると共に、固形物を強固に一体化することができる。

さらに、本発明は、廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理装置であって、廃棄炭素繊維強化プラスチック、セメント及び水を混合する混合装置と、該混合物が硬化して得られた固形物をセメントキルンの窯尻に供給する供給装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、上記発明と同様、セメントキルンの窯尻で廃棄炭素繊維強化プラスチックを低コストで包括的に燃焼させることなどが可能となる。

以上のように、本発明によれば、セメント焼成装置の排ガスを集塵する電気集塵装置の安定運転を維持しながら、低コストで効率よくセメント焼成装置で廃棄炭素繊維強化プラスチックを包括的に燃焼させることができる。

本発明に係る廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理装置の一実施の形態を示す全体構成図である。

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、本発明に係る廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理装置の一実施の形態を示し、この処理装置１は、廃ＣＦＲＰ、セメントＣ、水Ｗ等を混合する混合装置２と、混合物Ｍが硬化して得られた固形物Ｓをセメントキルンの窯尻に供給する供給装置３とを備える。尚、セメントキルンの窯尻とは、セメントキルンの燃焼排ガスがセメントキルンから排出された後、仮焼炉を含む主要熱交換機器まで導かれる間に存在するライジングダクト、窯尻ハウジング等のダクト機能を有する部分をいう。

混合装置２は、廃ＣＦＲＰ、セメントＣ、飛散防止材Ａ１、溶融剤Ａ２及び水Ｗを混合するために備えられる。混合装置２には、フラットダイス方式、リングダイス方式、スクリュー方式等の押出成形機、パン型転動造粒機、型枠成型機等を用いることができる。型枠成型機を用いる場合には、型枠成型機から排出された成型品をフレーク状に解砕するクラッシャー等の解砕装置を備えてもよい。

飛散防止材Ａ１には、スラグ、燃焼灰、焼却灰及び焼却飛灰等が用いられ、１２００℃程度で軟化、溶融を開始するものである。スラグには、高炉スラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグ、電気炉酸化スラグ、溶融スラグ等が含まれる。尚、溶融スラグとは、一般廃棄物、下水汚泥、又はこれらの焼却灰を溶融固化して得られたものなどをいう。また、燃焼灰とは、微粉炭、重油、コークス等の燃料を燃焼させることにより発生する灰をいう。石炭灰は、溶融温度が１２００℃より高いものも存在するが、セメントを混合した場合には、溶融温度が低下するので燃焼灰に含めるものとする。さらに、焼却灰及び焼却飛灰には、一般廃棄物や下水汚泥を焼却することで発生したものなどが用いられる。溶融剤Ａ２には、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム等の炭酸塩が用いられ、１０００℃以下で溶融するものである。

供給装置３は、固形物Ｓをセメントキルンの窯尻付近に輸送した後、セメントキルンの窯尻ハウジング等に投入するために設けられ、スクリューフィーダ、ロータリフィーダ、ベルトフィーダ等が用いられる。

次に、上記構成を有する廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理装置の動作について、図１を参照しながら説明する。

廃ＣＦＲＰ、セメントＣ、飛散防止材Ａ１、溶融剤Ａ２及び水Ｗを混合装置２で混合する。炭素繊維の飛散防止の観点から、飛散防止材Ａ１、溶融剤Ａ２の有無に関わらず、固形物Ｓ中の廃ＣＦＲＰの割合（内割り）は、２５〜５０質量％程度とする。ここで、廃ＣＦＲＰには後述する固形物Ｓの最大粒径の観点から粒径５０ｍｍ以下のもの、飛散防止材Ａ１及び溶融剤Ａ２には付着性防止の観点から、粒径１ｍｍ以下のものを用いることが好ましい。また、混合物Ｍ全体に対するセメントの割合（内割り）は、固形物Ｓが投入時やキルン内で崩壊しないよう５〜２０質量％とするのが好ましい。尚、飛散防止材Ａ１、溶融剤Ａ２は必ずしも添加する必要はないが、添加する場合には各々７０〜９５質量％、１〜１０質量％程度（内割り）添加する。

混合装置２から排出された混合物Ｍに含まれるセメントＣと水Ｗとの水和反応により混合物Ｍは硬化し、硬化後の固形物Ｓを供給装置３からセメント焼成装置のセメントキルンの窯尻（不図示）に供給する。

混合装置２から排出する固形物Ｓの粒径は１０ｍｍ〜１００ｍｍであるのが好ましい。この粒径を１０ｍｍ未満にすると廃棄炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維が飛散するおそれがある。一方、セメントキルンの投入口の大きさにより上記粒径を１００ｍｍより大きくするのは容易ではなく、また、粒径を１００ｍｍより大きくするのは、セメントキルン内での固形物の転動によりセメントキルンの内部の耐火物等が損傷するおそれがあるため好ましくない。尚、固形物Ｓの粒径は、廃ＣＦＲＰの２倍程度であるのが好ましい。

混合装置２に型枠成型機と解砕装置の両方を用いる場合には、型枠成型機から粒径が１００ｍｍより大きい成型品を排出し、この成型品を解砕装置で解砕し、粒径１０ｍｍ〜１００ｍｍの固形物Ｓとすることもできる。

供給装置３によって固形物Ｓをセメントキルンの窯尻に供給することで、セメントＣで初期強度を確保し、飛散防止材Ａ１で廃棄炭素繊維強化プラスチックをセメントとより強固に一体化しているため、９００〜１２００℃程度の窯尻内で廃ＣＦＲＰ中の樹脂が燃焼しても固形物Ｓの形状がある程度の時間維持され、さらに、固形物中のセメント強度が低下した後に溶融剤Ａ２が溶融状態になって固形物Ｓの一体化を維持することができる。これにより、廃ＣＦＲＰ中の炭素繊維の分散を防止し、炭素繊維がセメント焼成装置から燃焼せずに排出されるのを防止しながら廃ＣＦＲＰを包括的に燃焼させることができる。尚、飛散防止材Ａ１及び溶融剤Ａ２を混合した方が上記作用効果を奏して好ましいが、必ずしも両者を添加する必要はなく、廃ＣＦＲＰ、セメントＣ、水Ｗのみで固形物Ｓを構成することもでき、飛散防止材Ａ１又は溶融剤Ａ２のいずれか一方を廃ＣＦＲＰ、セメントＣ、水Ｗに添加することもできる。

１廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理装置
２混合装置
３供給装置
Ａ１飛散防止材
Ａ２溶融剤
Ｃセメント
Ｍ混合物
Ｓ固形物
Ｗ水

Claims

廃棄炭素繊維強化プラスチック、セメント及び水を混合して混合物を硬化させ、
得られた固形物をセメントキルンの窯尻に供給することを特徴とする廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理方法。
前記混合対象物にさらに飛散防止材としてスラグ、燃焼灰、焼却灰又は焼却飛灰を添加して硬化させることを特徴とする請求項１に記載の廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理方法。
前記混合対象物にさらに溶融剤として炭酸ナトリウム、炭酸リチウム又は炭酸カリウムを添加して硬化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理方法。
前記固形物の粒径を１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に調整することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理方法。
前記廃棄炭素繊維強化プラスチックは、粒径が５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理方法。
廃棄炭素繊維強化プラスチック、セメント及び水を混合する混合装置と、
該混合物が硬化して得られた固形物をセメントキルンの窯尻に供給する供給装置とを備えることを特徴とする廃棄炭素繊維強化プラスチックの処理装置。