JP6858589B2 - 炭素含有廃棄物処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭素含有廃棄物、特に、炭素繊維を含む廃プラスチックを焼却して処理する方法に関する。
近年、軽量且つ高強度な構造材料として、樹脂又は金属等のマトリックス材料と炭素化合物とで形成された複合材料の需要が、飛躍的に増大している。特に、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からなるマトリックス材料と炭素繊維とを複合化した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber reinforced plastics）の需要の増大は、目覚ましいものがある。
その一方で、その需要の増大に伴い、炭素繊維を含む廃プラスチックをはじめ、ＢＯＦ（Biomass oil fuel）、ＡＳＲ（Automobile shredder residue）、ＲＰＦ（Refuse derived paper and plastics densified fuel）、ＲＤＦ（Refuse derived fuel）、木屑、廃タイヤ、ゴム屑、吸水性ポリマーの廃棄物、都市ゴミ、熱硬化性・熱可塑性樹脂の廃棄物、廃ＦＲＰ（Fiber reinforced plastics）、カーボンファイバーの廃棄物、光ファイバーの廃棄物、太陽電池の廃棄物等の炭素化合物を含有する廃棄物の廃棄量も増大している。
このような炭素含有廃棄物の処理方法としては、セメント製造プロセスにおいて、炭素含有廃棄物等を代替燃料として有効利用しながら焼却して処理する方法がある。
しかし、炭素含有廃棄物を焼却して処理すると、炭素含有廃棄物が難燃性であった場合等には、炭素含有廃棄物に含まれる炭素化合物が燃え残り、その燃え残った炭素化合物が、排ガス中に混入してしまうことがあった。その結果、排ガスの集塵設備（電気集塵機、バグフィルタ等）において、それらに付着した炭素化合物に起因する故障（電気短絡事故、フィルタの損傷等）が生じるおそれがあるという問題があった。
そのような問題を回避する方法としては、セメント製造プロセスによる処理を行う前に、炭素含有廃棄物から炭素繊維等の炭素化合物を除去する処理を行うという方法があるが、事前の処理を行うことは非常に煩雑であった。
そこで、事前に炭素化合物を除去する処理を省略することができる処理方法として、炭素含有廃棄物の平均粒子径が３ｍｍ以下になるように粉砕した後、その粉砕した炭素含有廃棄物を、セメントキルンの内部温度が１２００℃以上である位置に供給するという方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１に記載の方法は、高強度の炭素含有廃棄物を平均粒子径が３ｍｍ以下の極めて小さい粒子となるまで細かく粉砕する必要があり、その粉砕のために多大な労力が必要になるという問題があった。
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、少ない労力で炭素含有廃棄物に含まれる炭素化合物を十分に燃焼させることができる炭素含有廃棄物処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の炭素含有廃棄物処理方法は、炭素含有廃棄物を焼却する炭素含有廃棄物処理方法であって、前記炭素含有廃棄物と、界面活性剤及び過酸化水素とを接触させた後、該炭素含有廃棄物を焼却することを特徴とする。
本発明の炭素含有廃棄物処理方法では、界面活性剤によって炭素含有廃棄物の濡れ性が改善するので、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が炭素含有廃棄物（すなわち、それに含まれる炭素化合物）に十分に接触する。そして、焼却時には、その過酸化水素に含まれる酸素と炭素含有廃棄物に含まれる炭素化合物が効率よく反応するので、炭素化合物のサイズ（すなわち、炭素含有廃棄物の平均粒子径）を極めて小さくしなくても、炭素化合物を十分に燃焼させることができる。
したがって、本発明の炭素含有廃棄物処理方法によれば、事前に炭素化合物の除去を行う必要がなく、また、炭素含有廃棄物の平均粒子径を３ｍｍ以下の極めて小さいサイズにしなくてもよいので、少ない労力で炭素含有廃棄物に含まれる炭素化合物を十分に燃焼させることができる。
なお、本発明における過酸化水素による炭素化合物の燃焼性改善効果は、詳細は不明であるものの、焼却の処理（例えば、セメントキルン等の焼却設備）に供給された過酸化水素が比較的低い温度域で解離して活性酸素ラジカルを放出し、その活性酸素ラジカルが炭素化合物の燃焼反応を促進することに起因する効果であると推測される。
本発明は、他の観点においては、炭素含有廃棄物を焼却する炭素含有廃棄物処理方法であって、前記炭素含有廃棄物に界面活性剤を接触させて小径化し、これに更に過酸化水素を接触させた後、該炭素含有廃棄物を焼却することを特徴とする炭素含有廃棄物処理方法を提供する。
上記の観点の炭素含有廃棄物処理方法では、界面活性剤及び過酸化水素を用いるので、上述したとおり、炭素含有廃棄物に含まれる炭素化合物の燃焼反応を促進し、これにより燃焼性改善効果が得られる。加えて、炭素含有廃棄物を小径化して過酸化水素を接触させるので、燃焼性改善効果がより高められる。また、炭素含有廃棄物に界面活性剤を接触させて小径化するので、その界面活性剤により、炭素含有廃棄物の小径化の際、あるいは炭素含有廃棄物の小径化後の発塵を抑制することができる。
本発明の炭素含有廃棄物処理方法においては、前記過酸化水素の量は、前記炭素含有廃棄物の量を１００質量部としたとき、１５質量部以上、且つ、１００質量部以下であることが好ましい。炭素含有廃棄物の量を１００質量部としたときに、過酸化水素の量が１５質量部未満であると、十分に炭素含有廃棄物の燃焼性改善効果を得られないことがある。一方、過酸化水素の量の上限については、炭素含有廃棄物の燃焼性改善の観点からは制約が生じない。しかし、薬剤コスト等の観点から、炭素含有廃棄物の量を１００質量部としたときに、過酸化水素の量が１００質量部を超えると、コストが増加してしまうので好ましくない。
また、本発明の炭素含有廃棄物処理方法においては、前記界面活性剤の量は、前記過酸化水素の量を１００質量部としたとき、０．０１質量部以上、且つ、２５質量部以下であることが好ましい。過酸化水素の量を１００質量部としたときに、界面活性剤の量が０．０１質量部未満であると、十分に炭素含有廃棄物の燃焼性改善効果を得られないことがある。一方、過酸化水素の量の上限については、炭素含有廃棄物の燃焼性改善の観点からは制約が生じない。しかし、薬剤コスト等の観点から、過酸化水素の量を１００質量部としたときに、界面活性剤の量が２５質量部を超えると、コストが増加してしまうので好ましくない。
また、本発明の炭素含有廃棄物処理方法においては、前記炭素含有廃棄物の平均粒子径は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。燃焼性改善効果は、炭素含有廃棄物の平均粒子径を極めて小さくしなくても得ることができるが、平均粒子径を１０ｍｍ程度まで小さくすると、特にその効果が大きくなる。
また、本発明の炭素含有廃棄物処理方法においては、前記炭素含有廃棄物は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber reinforced plastics）の廃棄物（以下、「廃ＣＦＲＰ」という。）、ＢＯＦ（Biomass oil fuel）、ＡＳＲ（Automobile shredder residue）、ＲＰＦ（Refuse derived paper and plastics densified fuel）、ＲＤＦ（Refuse derived fuel）、木屑、廃タイヤ、ゴム屑、吸水性ポリマーの廃棄物、都市ゴミ、熱硬化性・熱可塑性樹脂の廃棄物、廃ＦＲＰ（Fiber reinforced plastics）、カーボンファイバーの廃棄物、光ファイバーの廃棄物、及び、太陽電池の廃棄物からなる群から選択される一以上の廃棄物であることが好ましい。
これらの廃棄物には炭素化合物が含まれているので、これらの廃棄物が処理対象物である場合には、上記の方法によって効果的に処理することができる。
また、本発明の炭素含有廃棄物処理方法においては、前記炭素含有廃棄物は、炭素繊維を含むものであることが好ましい。処理対象物が炭素化合物を含む廃棄物であれば燃焼促進効果を得ることができるものであるが、炭素化合物が炭素繊維であるものに対して、特に高い燃焼促進効果を得ることができる。
また、本発明の炭素含有廃棄物処理方法においては、前記炭素含有廃棄物と、界面活性剤及び過酸化水素とを接触させた後、該炭素含有廃棄物をセメント製造設備で焼却するようにしてもよい。
本発明は、炭素含有廃棄物を焼却して処理する炭素含有廃棄物処理方法に関する。
その処理対象物としては、炭素化合物を含有する廃棄物であればよく、特に制限はないが、具体的には、例えば、廃ＣＦＲＰ、ＢＯＦ、ＡＳＲ、ＲＰＦ、ＲＤＦ、木屑、廃タイヤ、ゴム屑、吸水性ポリマーの廃棄物、都市ゴミ、熱硬化性・熱可塑性樹脂の廃棄物、廃ＦＲＰ、カーボンファイバーの廃棄物、光ファイバーの廃棄物、太陽電池の廃棄物などが挙げられる。廃棄物は１種類を処理対象物としてもよく、あるいは２種以上を処理対象物としてもよい。
本発明の処理方法においては、上記炭素含有廃棄物に、界面活性剤と過酸化水素とを接触させる。
界面活性剤としては、アニオン系、ノニオン系及びカチオン系の各種界面活性剤のうちから選択される１種以上であればよく、特に、アニオン系又はノニオン系の界面活性剤を用いることが好ましい。
アニオン系の界面活性剤としては、例えば、アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム、アルキル硫酸エステルナトリウム、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＬＡＳ）、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、アルファスルホ脂肪酸エステルナトリウム、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム、アルキルスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。
また、ノニオン系の界面活性剤としては、例えば、しょ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等が挙げられる。
界面活性剤の量は、炭素含有廃棄物の量を１００質量部としたときに、０．１質量部以上１０質量部以下、好ましくは０．５量部以上６質量部以下、より好ましくは１質量部以上３質量部以下である。
また、界面活性剤の量は、過酸化水素の量を１００質量部としたときに、０．０１質量部以上２５質量部以下、好ましくは０．２量部以上２０質量部以下、より好ましくは０．３質量部以上１５質量部以下である。
界面活性剤の量が上記の範囲でない場合には、十分に炭素含有廃棄物の燃焼性改善効果を得られないことがある。
過酸化水素は、純度等が特に限定されるものではなく、３０％水溶液等、通常に入手が可能なものを用いればよい。
過酸化水素の量は、炭素含有廃棄物の量を１００質量部としたときに、１５質量部以上、好ましくは３０質量部以上、より好ましくは４５質量部以上である。
過酸化水素の量の下限については、炭素含有廃棄物の量を１００質量部としたときに、過酸化水素の量が１５質量部未満であると、十分に炭素含有廃棄物の燃焼性改善効果を得られないことがある。
過酸化水素の量の上限については、炭素含有廃棄物の燃焼性改善の観点からは制約が生じない。しかし、薬剤コスト等の観点から炭素含有廃棄物の量を１００質量部としたときに、過酸化水素の量が１００質量部を超えると、コストが増加してしまうので好ましくない。
本発明の処理方法において、上記炭素含有廃棄物と、上記界面活性剤及び過酸化水素とを接触させる方法に、特に制限はない。すなわち、炭素含有廃棄物に、界面活性剤と過酸化水素とが作用するようにすればよい。具体的には、例えば、炭素含有廃棄物に対して、界面活性剤及び／又は過酸化水素を滴下、噴霧、塗布等したりすればよく、必要に応じてそれとともに混合、攪拌等の操作を施してもよい。あるいは、炭素含有廃棄物を界面活性剤及び／又は過酸化水素を含んだ溶液に含浸させたり、必要に応じてその炭素含有廃棄物を揺動させながらその含浸を行ったりしてもよい。あるいは、また、界面活性剤及び／又は過酸化水素が気化した雰囲気下に炭素含有廃棄物を静置して曝露したり、必要に応じてその炭素含有廃棄物を揺動させながらその雰囲気下に曝露したりしてもよい。より典型的には、例えば、焼却設備の内部で炭素含有廃棄物の周囲で過酸化水素の熱分解が生じる環境が構成される方法などであってもよい。
界面活性剤と過酸化水素とは、混合状態で用いてもよく、各別の形態で用いてもよい。両者を混合状態で用いる場合には、その混合方法は特に限定されず、液体の混合方法として一般的なものであればどのような方法であってもよい。例えば、混合割合の多い過酸化水素に所定量の界面活性剤を添加した後、撹拌すれることによって混合すればよい。また、両者をともに含有する水溶液を調製して用いてもよい。一方、界面活性剤と過酸化水素とを各別の形態で用いる場合にも、水溶液の形態を別々に調製して用いることができる。ただし、界面活性剤を含む水溶液を調製する場合には、かかる水溶液の粘性を大きくしない観点から、水１００質量部に対して界面活性剤を０．１質量部〜３０質量部添加して調製されたものであることが好ましく、１質量部〜１０質量部添加して調製されたものであることがより好ましい。
また、界面活性剤と過酸化水素とを、炭素含有廃棄物に接触させるタイミングについては、特に制限はない。すなわち、例えば、炭素含有廃棄物を焼却のための設備に投入する前であってもよく、投入と同時であってもよく、投入した後であってもよい。加えて、界面活性剤と過酸化水素とを各別の形態で用いる場合にも、それらを炭素含有廃棄物に接触させるタイミングについては、特に制限はない。すなわち、過酸化水素より先に界面活性剤を炭素含有廃棄物に接触させてもよく、同時に接触させてもよく、過酸化水素よりあとに界面活性剤を炭素含有廃棄物に接触させてもよい。ただし、炭素含有廃棄物に十分な濡れ性を付与する観点からは、界面活性剤を過酸化水素より先に炭素含有廃棄物に接触させることが好ましい。
一方、本発明の他の態様では、炭素含有廃棄物に界面活性剤を接触させて小径化し、これに更に過酸化水素を接触させる。これによれば、その小径化により、燃焼性改善効果がより高められる。また、界面活性剤により、炭素含有廃棄物の小径化の際、あるいは炭素含有廃棄物の小径化後の発塵が抑制される。
上記の形態においても、界面活性剤と過酸化水素とを、炭素含有廃棄物に接触させるタイミングについては、特に制限はない。すなわち、例えば、炭素含有廃棄物を焼却のための設備に投入する前であってもよく、投入と同時であってもよく、投入した後であってもよい。より具体的には、例えば、小径化した炭素含有廃棄物に界面活性剤及び過酸化水素を滴下した後、又は、界面活性剤及び過酸化水素を含む溶液に小径化した炭素含有廃棄物を含浸した後、又は、界面活性剤を滴下して小径化した炭素含有廃棄物に過酸化水素を滴下した後、又は、界面活性剤を滴下して小径化した炭素含有廃棄物を過酸化水素に含浸した後、焼却設備にそれらを投入する方法であってもよいし、焼却設備に小径化した炭素含有廃棄物を投入する際に、もしくは投入した後に、焼却設備の内部に界面活性剤及び過酸化水素を噴霧して、焼却設備の内部でそれらを接触させる、又は、界面活性剤を滴下して小径化した炭素含有廃棄物を焼却設備に投入した後、焼却設備の内部に過酸化水素を噴霧して、焼却設備の内部でそれらを接触させる方法などであってもよい。
以下、本発明の炭素含有廃棄物処理方法について、処理対象物を廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤとし、その処理対象物をセメントキルンでサーマルリサイクル又はケミカルリサイクルするために、本発明の処理を行う場合を例として、更に詳細に説明する。
まず、処理対象物である廃ＣＦＲＰについて説明する。炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber reinforced plastics）は、軽量でありながら機械的特性や耐蝕性に非常に優れた構造材料である。炭素繊維の含有率は、一般的に、３０質量％〜８０質量％程度とされている。なお、ＣＦＲＰの炭素繊維の含有率は、ＪＩＳ Ｋ ７０７５「炭素繊維強化プラスチックの繊維含有率及び空洞率試験方法」に準拠した試験方法で求めることができる。
ＣＦＲＰで用いられる炭素繊維としては、グラファイト状の炭素から形成され、剛性等の機械的特性に優れた繊維が用いられている。具体的には、炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系又はセルロース系繊維等を酸化性雰囲気中で１５０℃〜４００℃に加熱して耐炎化処理を行なった後、不活性雰囲気中で３００℃〜２５００℃で炭化又は黒鉛化処理をして得られたものの他、水蒸気等の半活性雰囲気で賦活化した活性炭素繊維等が挙げられる。
ＣＦＲＰで用いられるマトリックス材料としては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が用いられている。具体的には、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂、またはポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
次に、廃タイヤについて説明する。タイヤの材料構成は、トラック用等の大型タイヤは天然ゴム（ｃｉｓ１，４−ポリイソプレン）、乗用車用等の小型タイヤは合成ゴム（ＳＢＲ、スチレン−ブタジエンランダム共重合体）と大まかに主原料が異なるが、ゴムが４０質量％〜６０質量％、カーボンブラックや硫黄等の配合剤が２０質量％〜４０質量％、スチール及びテキスタイルから成るタイヤコードが１０質量％〜２０質量％、ビードワイヤーが３質量％〜１０質量％とされる。
本実施形態においては、まず、上記のような構成成分からなる廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤを、回転型カッター式剪断粗砕機等の粉砕設備で５０ｍｍ以下に粗砕した後、ジョークラッシャ、ロールミル、ローラーミル、破砕機等の粉砕設備によって所定の大きさに小径化する。なお、廃タイヤ等の燃焼性の良好な成分を比較的多く含む廃棄物については、５０ｍｍ以下に粗砕した段階で粉砕を終了してもよい。また、廃ＣＦＲＰ等の比較的硬い廃棄物の粉砕作業を効率的に行うためには、後段の粉砕設備にはセパレーター等の分級装置を付設すると好ましい。
ここで、小径化処理後の廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤの平均粒子径は、小径化処理後に乾燥させたそれらをＪＩＳ Ｚ ８８０１「試験用ふるい−第１部：金属製網ふるい」に規定された篩を使用してふるい分けし、その篩上に残分した試料の５０質量％に相当する径を算出することにより求めることができる。
なお、本発明の処理方法においては、過度に労力のかかる小径化は必ずしも、必要ではないが、効率的に処理を行うためには、廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤをある程度小径化することが好ましい。具体的には、廃ＣＦＲＰの場合１０ｍｍ以下、好ましくは７ｍｍ以下とするとよい。廃タイヤの場合、５０ｍｍ以下、好ましくは３０ｍｍ以下とするとよい。
次に、小径化した廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤと界面活性剤及び過酸化水素とを接触させる。この接触の方法としては、上述したように、廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤの周囲で過酸化水素の熱分解が生じる環境がセメントキルンの内部で構成される方法等であればよい。さらに、廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤの小径化において、界面活性剤を滴下した廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤを小径化して、界面活性剤を含む廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤを得た後、この界面活性剤を含む廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤと過酸化水素を接触させる方法でもよい。
具体的には、例えば、小径化した廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤに界面活性剤及び過酸化水素を滴下した後、又は、界面活性剤及び過酸化水素に小径化した廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤを含浸した後、又は、界面活性剤を滴下して小径化した廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤに過酸化水素を滴下した後、又は、界面活性剤を滴下して小径化した廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤを過酸化水素に含浸した後、セメントキルンにそれらを投入する方法であってもよいし、セメントキルンに小径化したＣＦＲＰ又は廃タイヤを投入した後、セメントキルンの内部に界面活性剤及び過酸化水素を噴霧して、セメントキルンの内部でそれらを接触させる、又は、界面活性剤を滴下して小径化した廃ＣＦＲＰ又は小径化したタイヤを焼却設備に投入した後、焼却設備の内部に過酸化水素を噴霧して、焼却設備の内部でそれらを接触させる方法であってもよい。セメントキルンへの廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤの投入箇所は、特に限定されるものではなく、窯前側（キルンバーナー側）からでも、窯尻側からでも、仮焼炉からのいずれであってもよい。
ただし、過酸化水素の沸点が１４１℃（純度９０％）であり、過酸化水素はセメントキルンに投入すると直ちに熱分解するので、過酸化水素による燃焼性改善効果を効率的に利用するためには、セメントキルンの内部で接触させる方法を用いる場合には、廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤと、界面活性剤及び過酸化水素とを、共通のもしくはごく近傍の箇所から、同時にもしくは実質的に同時にセメントキルンへ投入することが好ましい。
具体的には、例えば、キルンバーナー等に廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤの第１の吹込み用ポートを設置するとともに、その第１の吹込み用ポートに隣り合うように界面活性剤及び過酸化水素、または過酸化水素のみの第２の吹込み用ポートを設置するようにすればよい。
最後に、廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤを、これに接触させた界面活性剤及び過酸化水素と共に、セメントキルンの内部で加熱する。加熱温度は、固定炭素の燃焼温度域（５００℃〜８００℃）を超える温度にすることが好ましい。ここで、固定炭素とは、炭素含有廃棄物中に揮発しない形態で存在する炭素化合物のことをいい、廃ＣＦＲＰに含まれる炭素繊維などが含まれる。
以上説明したように、本発明の処理方法では、界面活性剤によって炭素含有廃棄物の濡れ性が改善するので、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が炭素含有廃棄物（すなわち、それに含まれる炭素化合物）に十分に接触する。そして、焼却時には、その過酸化水素に含まれる酸素と炭素含有廃棄物に含まれる炭素化合物とが効率よく反応するので、炭素化合物のサイズ（すなわち、廃ＣＦＲＰ又は廃タイヤの平均粒子径）を極めて小さくしなくても、炭素化合物を十分に燃焼させることができる。
したがって、本発明の処理方法によれば、事前に炭素化合物の除去を行う必要もなく、また、廃ＣＦＲＰの平均粒子径を３ｍｍ以下の極めて小さいサイズにしなくてもよいので、少ない労力で廃ＣＦＲＰに含まれる炭素化合物を十分に燃焼させることができる。同様に、廃タイヤでは、１０ｍｍ以下の極めて小さいサイズにしなくても、短時間で十分に燃焼させることができる。
なお、本実施形態においては、炭素含有廃棄物の焼却設備としてセメント製造設備であるセメントキルンの例を説明したが、本発明の処理方法においては、セメントキルン以外の焼却設備を用いてもよい。
また、処理対象物の１つとして、廃ＣＦＲＰの例を説明したが、これは、本発明に係る方法が、炭素化合物が炭素繊維であるものに対して、特に高い燃焼促進効果を得ることができるものであるためである。しかし、本発明に係る方法の処理対象物は、炭素化合物として炭素繊維を含む廃棄物に限定されるものではなく、炭素繊維以外の炭素化合物を含むものであってもよい。
次に、本発明の処理方法に係る試験結果（すなわち、本発明の処理方法の実施例）について説明する。
［試験例１］
まず、炭素含有廃棄物の大きさを一定とし、界面活性剤及び過酸化水素の量を変化させて試験を行うことにより、界面活性剤及び過酸化水素の量による影響を評価した。以下、この試験を「燃焼性評価試験」という。
まず、炭素含有廃棄物の大きさを一定とし、界面活性剤及び過酸化水素の量を変化させて試験を行うことにより、界面活性剤及び過酸化水素の量による影響を評価した。以下、この試験を「燃焼性評価試験」という。
具体的には、以下に示すようにして各試験水準を設定した。
《試験１》
炭素含有廃棄物：廃ＣＦＲＰ（炭素繊維含有率：５８質量％）
廃ＣＦＲＰの試料サイズ：平均粒子径１ｍｍ
過酸化水素：和光純薬工業製試薬特級（純度３０％）
界面活性剤：直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸、及びアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム混合物（ライオン株式会社製：ママレモン（商品名））
界面活性剤及び過酸化水素の使用方法：界面活性剤及び過酸化水素が気化した雰囲気下に炭素含有廃棄物を曝露した条件を想定し、廃ＣＦＲＰを事前に過酸化水素に含侵させることなく、該廃ＣＦＲＰの周囲に界面活性剤を添加した過酸化水素を滴下して、同時に加熱した。過酸化水素への界面活性剤の添加量は、表１のとおりとした。
炭素含有廃棄物：廃ＣＦＲＰ（炭素繊維含有率：５８質量％）
廃ＣＦＲＰの試料サイズ：平均粒子径１ｍｍ
過酸化水素：和光純薬工業製試薬特級（純度３０％）
界面活性剤：直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸、及びアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム混合物（ライオン株式会社製：ママレモン（商品名））
界面活性剤及び過酸化水素の使用方法：界面活性剤及び過酸化水素が気化した雰囲気下に炭素含有廃棄物を曝露した条件を想定し、廃ＣＦＲＰを事前に過酸化水素に含侵させることなく、該廃ＣＦＲＰの周囲に界面活性剤を添加した過酸化水素を滴下して、同時に加熱した。過酸化水素への界面活性剤の添加量は、表１のとおりとした。
《試験２》
炭素含有廃棄物：廃タイヤ
廃タイヤの試料サイズ：３×３×３ｍｍ
過酸化水素：試験１と同じ
界面活性剤：試験１と同じ
界面活性剤及び過酸化水素の使用方法：過酸化水素が気化した雰囲気下に界面活性剤が塗布された炭素含有廃棄物を曝露した条件を想定し、界面活性剤を廃タイヤに滴下し、混合することによって、その表面に界面活性剤を塗布した該廃タイヤを、事前に過酸化水素に含侵させることなく、その周囲に過酸化水素を滴下して、同時に加熱した。廃タイヤへの界面活性剤の塗布量は、廃タイヤ１００質量部に対し、１質量部とした。
炭素含有廃棄物：廃タイヤ
廃タイヤの試料サイズ：３×３×３ｍｍ
過酸化水素：試験１と同じ
界面活性剤：試験１と同じ
界面活性剤及び過酸化水素の使用方法：過酸化水素が気化した雰囲気下に界面活性剤が塗布された炭素含有廃棄物を曝露した条件を想定し、界面活性剤を廃タイヤに滴下し、混合することによって、その表面に界面活性剤を塗布した該廃タイヤを、事前に過酸化水素に含侵させることなく、その周囲に過酸化水素を滴下して、同時に加熱した。廃タイヤへの界面活性剤の塗布量は、廃タイヤ１００質量部に対し、１質量部とした。
試験１、試験２共に、上記試料を昇温速度１０℃／分で加熱し、１５０〜１０００℃の温度域で、重量減少率を測定した。重量減少率の測定は、熱重量・示差熱測定装置（ネッチ・ジャパン株式会社製：ＴＧ−ＤＴＡ ２０２０ＳＲ（商品名））を用いて行い、室温での重量に対する重量減少率（質量％）、及び、固定炭素（揮発しない形態の炭素：ＣＦＲＰではほとんどが炭素繊維）の重量（熱重量曲線において、５００℃〜６００℃に生じる緩勾配の始点の重量と、８００℃付近の重量減少が生じなくなった地点での重量との差分）において、かかる固定炭素の重量を１００％とした場合の重量減少率（質量％）を算出した。前者（室温重量に対する重量減少率）はＣＦＲＰ又は廃タイヤの全燃焼率に相当し、後者（固定炭素の重量に対する重量減少率）は廃ＣＦＲＰ中又は廃タイヤ中の固定炭素の燃焼率に相当する。
燃焼性評価試験の試験結果を、廃ＣＦＲＰについては表１に示し、廃タイヤについては表２に示す。
表１に示すように、７００℃まで加熱した段階で、過酸化水素及び界面活性剤を接触させた廃ＣＦＲＰ（実施例１〜実施例５）は、ほぼ燃え切っていたのに対し、過酸化水素及び界面活性剤を接触させなかった廃ＣＦＲＰ（比較例１）や、界面活性剤を接触させずに過酸化水素のみを接触させた廃ＣＦＲＰ（比較例２）では、その段階でおよそ３割が燃え残っていた。さらに、固定炭素（炭素繊維）の燃焼性を比較すると、過酸化水素及び界面活性剤を使用した実施例１〜実施例５では、７００℃まで加熱した段階で廃ＣＦＲＰの固定炭素（炭素繊維）がほぼ燃えきっていたのに対し、過酸化水素及び界面活性剤を使用しなかった比較例１や、界面活性剤を使用せずに過酸化水素のみを使用した比較例２では、その段階で廃ＣＦＲＰの固定炭素（炭素繊維）のおよそ７割が燃え残っていた。
また、表２に示すように、６００℃まで加熱した段階で、過酸化水素及び界面活性剤を接触させた廃タイヤ（実施例６）は、ほぼ燃え切っていたのに対し、過酸化水素及び界面活性剤を接触させなかった廃タイヤ（比較例３）は、その段階でおよそ２割が燃え残っていた。さらに、固定炭素（炭素繊維）の燃焼性を比較すると、過酸化水素及び界面活性剤を使用した実施例６では、６００℃まで加熱した段階で廃タイヤの固定炭素がほぼ燃え切っていたのに対し、過酸化水素及び界面活性剤を使用しなかった比較例３では、その段階で廃タイヤの固定炭素のおよそ６割が燃え残っていた。
図１には、実施例３、比較例１及び比較例２の加熱プロセスにおける重量減少曲線を示す。また、図２には、実施例６及び比較例３の加熱プロセスにおける重量減少曲線を示す。ここで、図中の重量減少曲線において重量減少が生じている３つの領域のうち、低温側の２つの領域（３００〜４００℃に対応する領域及び４５０〜５５０℃に対応する領域）が、おもに樹脂等の揮発性炭素の燃焼による重量減少であり、最も高温側の減量域（５５０℃以上も領域）が、おもに炭素繊維等の固定炭素の燃焼による重量減少である。よって、図１及び図２より、本発明の方法（実施例３、実施例６）は、特に固定炭素の燃焼性促進に有効であることがわかる。さらに、図１より、過酸化水素を添加しただけ（比較例２）では、十分な燃焼促進効果を得ることはできないことがわかる。
［試験例２］
次に、炭素含有廃棄物の平均粒子径を変化させ、界面活性剤及び過酸化水素の量を一定として試験を行うことにより、炭素含有廃棄物の平均粒子径による影響を評価した。以下、この試験を「粒子径評価試験」という。
次に、炭素含有廃棄物の平均粒子径を変化させ、界面活性剤及び過酸化水素の量を一定として試験を行うことにより、炭素含有廃棄物の平均粒子径による影響を評価した。以下、この試験を「粒子径評価試験」という。
具体的には、以下の《試験３》に示すようにして各試験水準を設定した。
《試験３》
炭素含有廃棄物：試験例１と同じ廃ＣＦＲＰ（炭素繊維含有率：５８質量％）
廃ＣＦＲＰの試料サイズ：平均粒子径が１６ｍｍ、９．５ｍｍ、６．７ｍｍ、４．７５ｍｍ、２．８ｍｍの５種類
過酸化水素：試験例１と同じ
界面活性剤：試験例１と同じ
界面活性剤及び過酸化水素の使用方法：各廃ＣＦＲＰに接触させる過酸化水素及び界面活性剤の量は、廃ＣＦＲＰの量を１００質量部としたときに、過酸化水素（純度３０％）の量を１５０質量部、界面活性剤の量を５質量部とした（試験例１の実施例３の試験水準とした。）。
炭素含有廃棄物：試験例１と同じ廃ＣＦＲＰ（炭素繊維含有率：５８質量％）
廃ＣＦＲＰの試料サイズ：平均粒子径が１６ｍｍ、９．５ｍｍ、６．７ｍｍ、４．７５ｍｍ、２．８ｍｍの５種類
過酸化水素：試験例１と同じ
界面活性剤：試験例１と同じ
界面活性剤及び過酸化水素の使用方法：各廃ＣＦＲＰに接触させる過酸化水素及び界面活性剤の量は、廃ＣＦＲＰの量を１００質量部としたときに、過酸化水素（純度３０％）の量を１５０質量部、界面活性剤の量を５質量部とした（試験例１の実施例３の試験水準とした。）。
上記廃ＣＦＲＰ及び過酸化水素及び界面活性剤を、以下に述べる加熱用電気炉に入れる直前に同一試料容器に入れ、１４００℃に温度設定された大気雰囲気の電気炉で３分間加熱し、加熱後の廃ＣＦＲＰの未燃炭素繊維の有無を評価した。この加熱条件は、セメントキルンの窯前部に投入して燃焼処理を行った場合を模した条件である。未燃炭素繊維有無の評価は、加熱後の試料について、上記燃焼性評価試験と同様に熱重量減少を測定して、固定炭素（炭素繊維）の燃焼温度域（５００〜８００℃）の重量減少率を求めて、別途、加熱前の試料についても、同様に、固定炭素（炭素繊維）の燃焼温度域（５００〜８００℃）の重量減少率を求め、加熱前から加熱後にわたる燃え残りの割合を未燃炭素繊維含油流率（質量％）として評価した。
粒子径評価試験の試験結果を、以下の表３に示す。
表３に示すように、平均粒子径が１０ｍｍ以下、好ましくは、７ｍｍ以下であれば、燃焼性改善効果がより大きいことが明らかとなった。
Claims (8)
- 炭素含有廃棄物を焼却する炭素含有廃棄物処理方法であって、
前記炭素含有廃棄物に界面活性剤を接触させて小径化し、これに更に過酸化水素を接触させた後、該炭素含有廃棄物を焼却することを特徴とする炭素含有廃棄物処理方法。 - 炭素含有廃棄物と、界面活性剤及び過酸化水素とを接触させた後、該炭素含有廃棄物を焼却する炭素含有廃棄物処理方法において、
前記過酸化水素の量は、前記炭素含有廃棄物の量を１００質量部としたとき、１５質量部以上、且つ、１００質量部以下であることを特徴とする炭素含有廃棄物処理方法。 - 請求項１に記載の炭素含有廃棄物処理方法において、
前記過酸化水素の量は、前記炭素含有廃棄物の量を１００質量部としたとき、１５質量部以上、且つ、１００質量部以下であることを特徴とする炭素含有廃棄物処理方法。 - 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭素含有廃棄物の処理方法において、
前記界面活性剤の量は、前記過酸化水素の量を１００質量部としたとき、０．０１質量部以上、且つ、２５質量部以下であることを特徴とする炭素含有廃棄物処理方法。 - 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭素含有廃棄物の処理方法において、
前記炭素含有廃棄物の平均粒子径は、１０ｍｍ以下であることを特徴とする炭素含有廃棄物処理方法。 - 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の炭素含有廃棄物処理方法において、
前記炭素含有廃棄物は、廃ＣＦＲＰ、ＢＯＦ、ＡＳＲ、ＲＰＦ、ＲＤＦ、木屑、廃タイヤ、ゴム屑、吸水性ポリマーの廃棄物、都市ゴミ、熱硬化性・熱可塑性樹脂の廃棄物、廃ＦＲＰ、カーボンファイバーの廃棄物、光ファイバーの廃棄物、及び、太陽電池の廃棄物からなる群から選択される一以上の廃棄物であることを特徴とする炭素含有廃棄物処理方法。 - 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の炭素含有廃棄物処理方法において、
前記炭素含有廃棄物は、炭素繊維を含むものであることを特徴とする炭素含有廃棄物処理方法。 - 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の炭素含有廃棄物処理方法において、
前記炭素含有廃棄物と、界面活性剤及び過酸化水素とを接触させた後、該炭素含有廃棄物をセメント製造設備で焼却することを特徴とする炭素含有廃棄物処理方法。
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