JP7388377B2 - 廃プラスチックの搬送方法 - Google Patents

Description

本発明は、破砕された熱硬化性の廃プラスチックを溶解炉で処理する際、廃プラスチックを効果的に溶解炉に搬送する廃プラスチックの搬送方法に関する。

近年、産業廃棄物や一般廃棄物としてプラスチック等の合成樹脂類が急増しており、これらの処理が大きな問題となっている。一方で、廃プラスチックの有効利用として、高炉やスクラップ溶解炉等の竪型炉あるいはセメントキルン炉等に、コークスや微粉炭の代替材料として吹き込む技術が知られている。例えば、廃プラスチックを粒状化して空気輸送により羽口から吹込み、廃プラスチックをコークス代替品として有効に利用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、炉のレースウエイ内における燃焼率を向上させるために、廃プラスチック粒子の強度や粒径を制御し、粒径数ｍｍ程度の廃プラスチックが製造されている。

また、特許文献２には、廃プラスチックの燃焼率をより一層向上させるために、廃プラスチックをさらに細粒化する技術が開示されている。この技術によれば、廃プラスチックを２００～２５０℃の温度で加熱溶融した後に、冷却固化して固化体とし、該固化体を粉砕後、篩い分けすることで、粒径が２．０ｍｍ以下の微粒の廃プラスチックを製造している。

また、特許文献３には、廃プラスチック等の粉粒体の輸送において、貯蔵槽から取出して空気輸送配管に導入する場合に、気密供給装置(以下、「フィードタンク」という)から空気輸送配管への乗り移り部分に攪拌翼を設けることで、閉塞現象を起こさず、かつ少ない搬送用ガス量で、粉粒体の安定した空気輸送を実現しうる装置が開示されている。

特開２００１－２５４１１２号公報 特開２０１５－１８９０２３号公報 特開２００４－７５２４５号公報

近年、家電リサイクル法と略される特定家庭用機器再商品化法により、廃プラスチックについて規定があり、これらの有効利用は重要な課題となっている。中でも、冷蔵庫の断熱材として使用されている発泡ウレタンについては、その処理法について課題があった。それは、このウレタン樹脂は熱硬化性樹脂であり、溶融や溶媒による溶解が困難なためにケミカルリサイクルは一部に止まっており、焼却や埋立てで処分されている物も存在している。

また、特許文献１や特許文献２に代表される、竪型炉への廃プラスチックの吹込みや、その廃プラスチックの微粉砕方法は、容器包装プラスチックを想定されたプロセスであり、ウレタン樹脂に従来技術を用いることは困難である。具体的には、容器包装プラスチックの主たるものはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル樹脂であり、これらは、熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とでは、加熱による状態変化も異なり、また、状態変化が起きる温度も異なる。家電リサイクル法は容器包装リサイクル法よりも後にできた制度であり、家電リサイクル法により排出される廃プラスチックに対しては、従来とは異なる処理技術が必要である。

廃ウレタンの一例として、家電リサイクル法における処理工程を例にすると、冷蔵庫には、断熱材としてウレタンの発泡材が使用されている。冷蔵庫を破砕機にて破砕処理した後、風力選別によりウレタンが回収される。風力選別後のウレタンはこのままでは嵩密度が小さく、輸送に不向きであるために、圧縮成形されて減容ウレタンとなる。

減容ウレタンの大きさや形状は様々であるが、大きさは数十ｍｍである。一方、高炉等の竪型炉の羽口の吹込み部の大きさは、竪型炉本体の大きさにも依存するが、一般的に１００－２００ｍｍ程度であり、減容ウレタンをそのままの形状で通過させるには閉塞の懸念もある。容器包装プラスチックの竪型炉への吹込みでは、廃プラスチックの大きさは数ｍｍ程度に加工しており、減容ウレタンのそのままの形状では大きすぎる。

また、廃ウレタンを羽口から吹き込み、大量にリサイクル処理するためには、廃ウレタンを炉内で効率よく確実にガス化させることが望ましく、短時間で完全にガス化・燃焼させることが重要である。これには、ガス化・燃焼には廃ウレタンに限らず、粒径を小さくすること、即ち、比表面積を大きくすることが有効である。そのため、近年、減容ウレタンを破砕して粒径の小さい破砕ウレタンとし、破砕ウレタンを竪型炉の羽口に搬送して竪型炉に吹き込み、廃ウレタンを処理する方法が検討されている。

このように廃ウレタンを竪型炉で処理する際、破砕ウレタンの搬送工程においては、閉塞現象を起こさず、かつ少ない搬送用ガス量で破砕ウレタンを搬送することが重要である。これは、搬送用ガスが多い条件とは、即ち、炉内に常温のガスを多く搬送することになり、炉内温度が低下し、破砕ウレタンのガス化・燃焼の効率は低下するためである。破砕ウレタンのフィードタンクからの排出性を向上させるために、攪拌翼を設けることは有効な手段であるが、設備費の向上や攪拌翼のメンテナンス作業の発生など、不都合も生じる。

本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した課題を解消して、廃ウレタンなどの熱硬化性の廃プラスチックを溶解炉に効果的に搬送することができる廃プラスチックの搬送方法を提供することにある。

そこで、上記廃プラスチックの搬送工程について鋭意検討した結果、撹拌翼を設けることなく、熱硬化性の廃プラスチックを溶解炉に搬送することができることを見出し、本発明を開発するに至ったのである。

即ち、本発明は、熱硬化性の廃プラスチックを溶解炉で処理するにあたり、廃プラスチックを溶解炉の羽口に搬送する方法であって、廃プラスチックを押出成形し、押出成形により加熱、軟化、溶融させて減容廃プラスチックとした後、破砕された破砕廃プラスチックを、粉体供給装置を用いて、機械式撹拌装置を用いずに、溶解炉の羽口に搬送することを特徴とする、廃プラスチックの搬送方法である。

なお、前記のように構成される本発明に係る廃プラスチックの搬送方法においては、
（１）破砕廃プラスチックは、その大きさが５ｍｍ以下であること、
（２）破砕廃プラスチックは、全て大きさが５ｍｍ以下であり、重量割合においてその９０％以上が２ｍｍ以下の粒径であること、
（３）破砕廃プラスチックを搬送する際に、下記（１）式で計算される固気比が１０以上となる状態で、破砕廃プラスチックを搬送すること：
固気比＝破砕廃プラスチックの質量流量（ｋｇ／ｈ）／
粉体を輸送する気体流量（ｋｇ／ｈ） ・・・（１）
（４）破砕廃プラスチックを搬送する際の搬送速度を５００ｋｇ／ｈ～５５００ｋｇ／ｈとすること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。

本発明に係る廃プラスチックの搬送方法によれば、熱硬化性の廃プラスチックを押出成形し、押出成形により加熱、軟化、溶融させて減容廃プラスチックとし、その減容廃プラスチックを破砕して破砕廃プラスチックとすること、および、粉体供給装置を用いて、機械式撹拌装置を用いずに、破砕廃プラスチックを溶解炉の羽口に搬送することにより、低コスト、かつ、少ない搬送用ガス量で廃プラスチックを炉内に吹き込むことが可能となる。

本発明の廃プラスチックの搬送方法の一例としてウレタン樹脂の搬送方法を示すフローチャートである。 本発明の廃プラスチックの搬送方法の一例としてのウレタン樹脂の搬送方法における減容ウレタンの一例を示す図である。 本発明の廃プラスチックの搬送方法の一例としてのウレタン樹脂の搬送方法における減容ウレタン破砕後である破砕ウレタンの粒径分布を示す図である。 本発明の廃プラスチックの搬送方法の一例としてのウレタン樹脂の搬送方法における破砕ウレタンの搬送試験結果の一例を示す図である。 本発明の廃プラスチックの搬送方法の一例としてのウレタン樹脂の搬送方法における破砕ウレタンの搬送試験結果をまとめて示す図である。

以下、本発明が対象とする熱硬化性の廃プラスチックの一例として、熱硬化性のウレタン樹脂を例にとって説明する。熱硬化性であれば、以下の説明はウレタン樹脂だけでなく他の廃プラスチックにも適用できる。

図１は、本発明の廃プラスチックの搬送方法の一例としてウレタン樹脂の搬送方法を示すフローチャートである。図１に従って、竪型溶解炉１００を用いた廃ウレタンの処理方法を説明すると、初めに廃ウレタン１を押出成形機２０にて、加熱、軟化、溶融させ減容ウレタン２を成形する。ウレタン樹脂は熱硬化性樹脂であり、押出成形機２０での減容処理の過程での摩擦により加熱されることから、減容ウレタン２に成形されたときに、硬化処理も同時に行われる。

次に、減容ウレタン２を破砕機３０により破砕する。減容ウレタン２の大きさや形状は様々であるが、一般的には直径３０ｍｍ程度、長さは５～５０ｍｍ程度の円筒形の物が多い。減容ウレタン２は硬化処理されていることから、破砕機３０により容易に細かく粉砕される。

圧縮成形された従来の減容ウレタンを破砕した場合、破砕時に粉塵が多く発生し、粉塵爆発災害を引き起こす可能性がある。一方、押出成形機を利用して減容ウレタンを成形した場合は、成形時にウレタンと成形金型との摩擦熱によりウレタンが加熱され、軟化、溶融される。ウレタンは熱硬化性樹脂であることから、押出成形後の減容ウレタンは従来の減容ウレタンとは温度履歴が異なり、溶融硬化しており、破砕時に粉塵発生量が少ない。押出成形時の温度は１００℃以上程度で溶融硬化する。

次に、破砕処理後の破砕ウレタン３を竪型溶解炉１００に吹き込むために、微粉炭吹込みに利用されている一般的な装置である、フィードタンク４０に貯蔵する。

一般的に、竪型溶解炉に廃プラスチックを吹き込む場合は、吹込み時の切出し安定性向上の為に粉体供給装置としてのフィードタンクの切出し部に、機械式撹拌装置が装備されているのが一般的である。これは、容器包装リサイクル法の対象の廃プラスチック(以下、容リプラ)は、特許文献２のようなプロセスなどで微細化することは可能であるが、コスト低減の為にリングダイ式ペレタイザーで直径４～１０ｍｍ程度、長さは２０ｍｍ程度の粒状に加工されることが多い。粒径が大きい場合は、フィードタンクからの切出し性が悪くなり、機械式撹拌装置が装備されているのが一般的である。

本実施例では、破砕ウレタン３の大きさは２ｍｍ程度であるために、粉体供給装置としてのフィードタンク４０からの切出しも良く、機械式撹拌装置がなくとも、容易に切出しが行える。

破砕ウレタン３は、フィードタンク４０の圧力を利用して、配管５０を通過して竪型溶解炉１００の羽口部分から吹込まれる。

竪型溶解炉１００の羽口の数は様々であり、この全部もしくは一部から破砕ウレタン３を吹き込むことができる。例えば、竪型溶解炉１００として炉容積が５０００ｍ^３規模の大型高炉の場合の羽口数は４０カ所程度である。この全箇所から吹込んでも、部分的に数カ所から吹込んでも良い。

以下の表１に、上述した本実施例が前提となる本発明プロセスと従来プロセスの比較を示す。本発明プロセスでは、減容ウレタンを破砕処理で安全に安価に微細化することができ、微細化することで、粉体供給装置としてのフィードタンクに機械式撹拌が無い安価構造においても、安定的に竪型炉にウレタンを吹き込むことができる。従来プロセスでは、事前処理を簡易にして粒状プラスチックを製造し、フィードタンクに機械式撹拌装置を設置して吹込み設備にコストをかける必要があった。

本発明のウレタン樹脂の搬送方法の特徴は、上述した実施例において、熱硬化性のウレタン樹脂１を押出成形機２０を用いて押出成形し、押出成形により加熱、軟化、溶融させて減容ウレタン２とし、その減容ウレタン２を破砕して破砕ウレタン３とすること、および、粉体供給装置４０を用いて、機械式撹拌装置を用いずに、破砕ウレタン３を溶解炉１００の羽口に配管５０を介して搬送することにある。

以下、具体的な実施例により、本発明の廃プラスチックの搬送方法の一例としてのウレタン樹脂の搬送方法を説明する。

＜破砕ウレタンの製造について＞
図２は、本発明のウレタン樹脂の搬送方法における減容ウレタンの一例を示す図である。図１に示すフローチャートに従って、廃ウレタン１を押出成形機２０により成形した減容ウレタン２である。減容ウレタン２の形状は直径３０ｍｍ程度、長さは５～５０ｍｍ程度の円筒形であった。押出成形は、市販の押出成形機（御池鐵工所製ＭＨ－１００）を用いて行った。

図３は、本発明のウレタン樹脂の搬送方法における、減容ウレタン破砕後である破砕ウレタン３の粒径分布を示す図である。減容ウレタン２の破砕は、一軸高速カッター式破砕機３０（御池鐵工所製ＭＲＣ－４５６０）を用いて行った。破砕機３０のスクリーン径は、Φ５ｍｍにて行った。破砕ウレタン３の粒径分布では、２ｍｍ以下の粒径の重量割合が９０％以上であった。今回は、一軸高速カッター式の破砕機を用いたが、減容ウレタンが破砕できれば、どのような形式の破砕機を利用しても効果は発現する。減容ウレタンは押し出し機等での減容処理の過程での摩擦により加熱されることから、減容ウレタンに成形されたときに、硬化処理も同時に行われる。この熱硬化により、硬化後の減容ウレタンは通常の破砕機で容易に破砕することができる。

図３の結果から、本実施例では、破砕ウレタン３の粒径２～４ｍｍまでにすべての破砕ウレタン３が含まれることから、減容ウレタンの破砕時に、篩(スクリーン)を利用し、破砕ウレタン３の大きさを５ｍｍ以下にすることが好ましいことがわかる。また、破砕ウレタン３の粒径２ｍｍまでに全重量の９０％の破砕ウレタンが含まれることから、減容ウレタンの破砕時に、篩(スクリーン)を利用し、破砕ウレタンの大きさを５ｍｍ以下および２ｍｍ以下との粒径の重量割合が９０％以上となるようにすることが好ましいことがわかる。ここで、竪型溶解炉への吹込みや竪型溶解炉での燃焼時に問題ない破砕ウレタン３の粒径が得られる。前記篩の篩目を小さくすれば、破砕ウレタン３の粒径は小さくなるが、生産性が低下する。竪型溶解炉では、破砕ウレタン３の粒径が小さいほうが、燃焼率は向上するが、５ｍｍ以下、好ましくは大部分が２ｍｍ程度とすれば竪型溶解炉の操業上問題ない。

＜破砕ウレタンの搬送方法について＞
次に、得られた破砕ウレタン３を用いて、竪型溶解炉１００への吹込みを模擬した、オフライン搬送試験を実施した。試験は、フィードタンク内に機械式撹拌装置が無い粉体供給装置４０を用いて、実機での搬送を模擬して行った。配管はＳＴＰＧ Ｓｃｈ４０ ２５Ａ（肉厚：３．４ｍｍ、配管外径：３４．０ｍｍ、配管内径：２７．２ｍｍ）を用い、搬送ガスは空気を用いた。搬送配管５０の総延長距離は約２０ｍ、垂直持ち上げ高さは７ｍ、Ｒ５００の曲げを３箇所設置して行った。

図４は、本発明のウレタン樹脂の搬送方法における破砕ウレタンの搬送試験結果の一例を示す図である。搬送速度は１時間当たり、１ｔ（Ａ）、３ｔ（Ｂ）、５ｔ（Ｃ）の範囲で変更して行った。各条件において、フィードタンク内に機械式撹拌装置が無い粉体供給装置４０を用いても、フィードタンクからの排出性に問題なく、更に、配管５０での詰まりも発生せずに、順調に破砕ウレタン３の搬送が行えた。図４の結果から、破砕ウレタン３を搬送する際の搬送速度は、５００ｋｇ／ｈ～５５００ｋｇ／ｈとすることが好ましいことがわかる。また、破砕ウレタンを搬送する際の搬送速度が、４５００ｋｇ／ｈ～５５００ｋｇ／ｈにおける吹き込み精度が±１０％以下の好ましい範囲となることがわかる。

各搬送速度において、搬送に用いる空気の流量を変更して、下記の式（１）により計算される固気比を変更して行った。
固気比＝破砕ウレタンの質量流量（ｋｇ／ｈ）／
粉体を輸送する気体流量（ｋｇ／ｈ） ・・・（１）

図５は、本発明のウレタン樹脂の搬送方法における破砕ウレタンの搬送試験結果をまとめて示す図である。粒状の廃プラをフィードタンクに機械式攪拌機を有する粉体供給装置で吹き込んだ従来方法の場合の固気比は最大５程度であったが、本発明では、固気比が１０以上の範囲においても、安定的に破砕ウレタンを吹き込むことが出来た。固気比が高い、即ち、気流の流量が低い条件とは、粉体輸送の動力となる気体が少ない条件であり、搬送詰りが発生しやすい条件であるが、安定的に破砕ウレタンを吹き込むことが出来た。また、竪型炉での破砕ウレタンのガス化・燃焼反応においても、気流が少ない方が炉内の温度低下とならずに有利な条件となる。ただ、あまり固気比が高いと、破砕ウレタンの粒径を最適としても、搬送詰まりが発生することがあるため、固気比の上限は２５程度と考えられる。

＜破砕ウレタンの処理について＞
破砕ウレタンの竪型溶解炉としての高炉への吹込み試験を実施した。高炉の内容積は５０００ｍ^３、羽口数４０、出銑量１万ｔ／日の羽口からの送風温度１２００℃、コークス比３６０ｋｇ／ｔ、微粉炭比１８５ｋｇ／ｔの条件で行った。

以下の表２は、高炉の操業条件は前述のように一定として、吹き込む破砕ウレタン３の原単位と羽口の数を変更した試験結果である。比較例では、従来品である容器包装リサイクル由来の直径６ｍｍ長さ１５ｍｍ程度の粒状プラスチックを、フィードタンク内に機械式撹拌装置を有する粉体供給装置を用いて吹き込んでいる。破砕ウレタンおよび従来品の廃プラスチックの吹込みランスの内径は２５ｍｍとした。

表２の結果から、本発明のウレタン樹脂の搬送方法では、破砕ウレタンを問題なく高炉に吹き込むことが出来た。また、本発明では、減容ウレタンの破砕処理により搬送性が向上し、更に安価な搬送設備においても、比較例よりも多くの破砕ウレタンを高炉で有効利用することが出来た。また、固気比も高い条件で搬送が行えた。

上述した実施例では、竪型炉として高炉を例示したが、鉄スクラップを原料とするキュポラ（竪型スクラップ溶解炉）を用いても同様な効果を得ることができる。

１ 廃棄ウレタン
２ 減容ウレタン
３ 破砕ウレタン
２０ 押出成形機
３０ 破砕機
４０ フィードタンク
５０ 配管
１００ 竪型溶解炉

Claims (5)

1. 熱硬化性の廃プラスチックを溶解炉で処理するにあたり、廃プラスチックを溶解炉の羽口に搬送する方法であって、廃プラスチックを押出成形し、押出成形により加熱、軟化、溶融させて減容廃プラスチックとした後、破砕された破砕廃プラスチックを、粉体供給装置を用いて、機械式撹拌装置を用いずに、溶解炉の羽口に搬送することを特徴とする、廃プラスチックの搬送方法。
2. 前記破砕廃プラスチックは、その大きさが５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の廃プラスチックの搬送方法。
3. 前記破砕廃プラスチックは、全て大きさが５ｍｍ以下であり、重量割合においてその９０％以上が２ｍｍ以下の粒径であることを特徴とする、請求項１に記載の廃プラスチックの搬送方法。
4. 前記破砕廃プラスチックを搬送する際に、下記（１）式で計算される固気比が１０以上となる状態で、前記破砕廃プラスチックを搬送することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の廃プラスチックの搬送方法：
   固気比＝破砕廃プラスチックの質量流量（ｋｇ／ｈ）／
   粉体を輸送する気体流量（ｋｇ／ｈ） ・・・（１）
5. 前記破砕廃プラスチックを搬送する際の搬送速度を５００ｋｇ／ｈ～５５００ｋｇ／ｈとすることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の廃プラスチックの搬送方法。

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