JPH11286685A - 炭化物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】塩素含有プラスチックの熱分解を効率的に実施
し、炭化物を得る方法及び得られた炭化物を使用したセ
メントの製造方法を提供する。 【解決手段】塩素含有プラスチックを熱分解して、脱塩
素化された炭化物を製造するに際し、該塩素含有プラス
チックをセメントクリンカー粉と混合した状態で熱分解
することを特徴とする炭化物の製造方法及び得られた炭
化物をセメント製造設備におけるセメント原料の焼成用
燃料供給部より燃料の一部として供給するセメントの製
造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は塩化ビニル等の塩素
含有プラスチックの熱分解により炭化物（脱塩化水素残
留物）を製造するための新規な方法および該方法によっ
て得られた炭化物を燃料の一部として利用するセメント
の新規な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ポリ塩化ビニル等の塩素含有プラ
スチックを含む廃棄物が多量に排出され、その廃棄量も
増加の一途を辿っている。このような廃棄物の大部分は
単純に焼却されるか、直接埋立て処分されている。かか
る廃棄物中に含まれるポリ塩化ビニル等の塩素含有プラ
スチックの処理量も多大な量となるものと推定される。

【０００３】これら塩素を含むプラスチックを単純に焼
却処分した場合には、焼却の際、発生する塩化水素やダ
イオキシン等の有害物質がそのまま大気に放出される可
能性がある。一方、単純埋立ては用地の確保および資源
再利用の点から問題となっている。

【０００４】そこで、近年これらの廃棄物を熱分解し、
その中の有効成分を炭化物として回収、再利用すること
が検討されている。

【０００５】塩素含有プラスチックは熱分解性を高める
ために、一般に粉砕された塩素含有プラスチックとして
処理されるが、熱分解処理において表面が溶融して相互
に固着し、熱分解率を低下せしめるという問題がある。
また、熱分解処理が完了するにしたがって炭化により硬
化するという現象を生じる。

【０００６】そのため、塩素含有プラスチックの熱分解
処理においては、該塩素含有プラスチックをポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂に
同伴させて分解装置に導入して間接加熱を行うことによ
り、熱可塑性樹脂の溶融体を熱媒体として熱の伝達性を
改良し、熱分解率を向上せしめる方法、塩素含有プラス
チックと砂とを混合し、分解装置に導入して不活性ガス
雰囲気下に加熱を行うことにより、塩素含有プラスチッ
ク相互の固着を防止し、熱分解率を向上せしめると共に
装置内壁への塩素含有プラスチックの固着を防止する方
法などが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱可塑
性樹脂を熱媒体とする方法においては、塩素含有プラス
チック以外に熱可塑性樹脂も同時に熱分解処理せざるを
得ず、エネルギー的に不利がある。

【０００８】また、砂を混合して固着を防止する方法に
あっては、熱分解により得られる炭化物は砂との混合状
態で得られ、かかる混合状態で燃料として使用された
後、砂は回収され、熱分解に再使用される。そのため、
該砂としては、分離が比較的簡単な数ミリ単位の大きさ
の砂が使用される。ところが、この程度の砂は、質量が
大きく、分解装置としてロータリーキルンの如き、被処
理物の流動を伴う装置を使用した場合、装置の内壁の損
傷が激しく、該損傷を防止するために耐摩耗性を有する
高価な材質を使用する必要とすることもある。また、塩
素含有プラスチックの固着を防止するために必要な砂の
重量比は比較的多く、これらを搬送するために多くのエ
ネルギーを必要とするばかりでなく、燃焼後に該砂を分
離回収するという工程が必要であり、処理工程が複雑化
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明らは、上記従来の
方法の課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた。その結
果、セメント製造設備より得られるセメントクリンカー
粉（以下、単にクリンカー粉ともいう）を塩素含有プラ
スチックと混合して熱分解することにより、該クリンカ
ー粉を極めて少量使用するだけで該塩素含有プラスチッ
クの同士の固着及び装置内壁への付着を防止でき、高い
分解率を達成し得ること、更には、該クリンカー粉は、
前記被処理物の流動を伴う装置を使用して処理を行う場
合でも、砂と比較して装置内壁の損傷を極めて低く抑え
ることができることを見い出した。

【００１０】また、上記方法によって炭化物は、クリン
カー粉との複合体として得られるが、該複合体はセメン
ト製造設備におけるセメント原料を焼成するための焼成
用燃料供給部より、燃料の一部として供給することによ
って、炭化物は燃料として、クリンカー粉はセメントク
リンカーの成分として処理することが可能で、しかも、
得られるセメントクリンカーの品質に全く悪影響を与え
ないという優れた工程を実現できることを見い出し、本
発明を提案するに至った。

【００１１】即ち、本発明は、塩素含有プラスチックを
熱分解して炭化物を製造するに際し、該塩素含有プラス
チックをセメントクリンカー粉を混合した状態で熱分解
に供することを特徴とする炭化物の製造方法及び上記製
造方法で得られた炭化物をセメント製造設備におけるセ
メント原料の焼成用燃料供給部より燃料の一部として供
給することを特徴とするセメントの製造方法を提供する
ものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において、被分解物である
塩素含有プラスチックは、公知の塩素含有プラスチック
が特に制限なく使用される。また、該塩素含有プラスチ
ックが大容積を有する場合は、粉砕、切削等の手段によ
り小片状としたものが好適に使用される。

【００１３】上記塩素含有プラスチックを具体的に示せ
ば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリ
エチレン等の塩素化ポリオレフィンなどが挙げられる。
これらの塩素含有プラスチックのうちポリ塩化ビニルに
ついて本発明は特に好適に使用される。また、塩素含有
プラスチックの形状、大きさは特に制限されない。

【００１４】例えば、形状としては、粉砕によって得ら
れる不定形状の他、球状、円柱状、角柱状、立方体、扁
平状等任意の形状のものが使用される。また、これらの
形状以外に、塩素含有プラスチックとして、フィルムの
如き嵩高いものを加熱下に圧縮成形して塊状化したもの
も使用することができる。

【００１５】また、大きさは、一般に不定形状、球状、
円柱状、角柱状、立方体のように比較的厚みの比率が高
い場合、その最大長を示す長径が１〜３０mm、好ましく
は２〜５mmのものが、また、厚みが３０mm以下の扁平状
である場合、長径が２００mm以下、好ましくは１００mm
以下のものが好適に使用される。

【００１６】本発明において、上記塩素含有プラスチッ
クは、セメントクリンカー粉と混合した状態で熱分解す
ることが最大の特徴である。

【００１７】一般に塩素含有プラスチックの熱分解は、
ロータリーキルンのような分解炉において分解温度に加
熱することにより実施されるが、前記したように、塩素
含有プラスチックを単独で該分解炉に供給した場合は、
塩素含有プラスチック同士の固着により分解率が大幅に
低下するばかりでなく、分解炉の内壁にも付着し、間接
加熱における熱伝導率の低下や、収率の低下を招く。ま
た、かかる固着、付着を防止するために、塩素含有プラ
スチックを砂と共に分解炉に供給する方法によれば、砂
の粒径の大きいこと、質量の大きいこと等に起因して、
かかる固着、付着を防止するためには多量の砂を必要と
し、それによって一定の塩素含有プラスチックを処理す
る場合の取扱い量の増大、牽いてはエネルギーコストの
増大、装置の摩耗量の増大等を招く。

【００１８】これに対して、塩素含有プラスチックの分
解時の固着、付着防止に、クリンカー粉を使用した場合
は、少量を混合するだけで、優れた固着、付着防止効果
を発揮する。

【００１９】上記のように、クリンカー粉が、少量で塩
素含有プラスチックの固着、付着防止に優れた効果を発
揮するかの作用機構は、明かではないが、本発明者ら
は、単に、クリンカー粉の粒径が小さいことのみでな
く、クリンカー粉の有するアルカリ成分の作用により塩
素含有プラスチックの溶解初期に極めて効果的にその表
面に付着し、その粘着性を阻害する作用を有するものと
推定している。

【００２０】本発明において、上記クリンカー粉の化学
組成は、公知のものが特に制限なく使用される。代表的
な組成としては、３ＣａＯ・ＳｉＯ₂及び２ＣａＯ・Ｓ
ｉＯ₂を主成分とし、３ＣａＯ・ＡｌＯ₃その他の酸化物
を含有するものが挙げられる。

【００２１】本発明において、該クリンカー粉の大きさ
は特に制限されるものではないが、一般に、平均粒子径
（直径）０．０１〜３mm、好ましくは０．０２〜１mmの
ものが好適に使用される。そのため、セメント製造工程
より得られたクリンカーは、通常、粉砕して或いは大粒
径のものを篩いなどによって分離して使用することが望
ましい。

【００２２】また、本発明で使用されるクリンカー粉
は、これに石膏等の添加剤を公知の添加量で加えてセメ
ント製品としたもの或いは後記する塩素含有プラスチッ
クを熱分解して得られる炭化物を粉砕したものを添加し
たものでも、これをクリンカー粉として使用することが
可能である。

【００２３】上記クリンカー粉の塩素含有プラスチック
に対する混合量は、その粒子の大きさ、クリンカー粉の
組成等によって異なるため、一概に限定することはでき
ないが、一般に、塩素含有プラスチック１００重量部に
対して３〜１００重量部、好ましくは、５〜５０重量部
である。上記添加量が３重量部より少ない場合は、前記
固着、付着の防止に十分な効果を発揮することが困難と
なり、逆に、上記範囲より多い場合は、効果は頭打ちと
なり、経済的にも不利となる。

【００２４】本発明において、塩素含有プラスチックと
クリンカー粉との混合は、熱分解に供されるまでに実施
されることが好ましく、特に好ましくは、前記熱分解炉
に供される前に予備混合を行うことが、効果的である。
上記予備混合は、ミル、撹拌羽根付き混合機等公知の乾
式混合機を使用して実施することができる。

【００２５】上記の混合において、塩素含有プラスチッ
クの表面が僅かに溶融する条件下、例えば、ポリ塩化ビ
ニル片の場合、約１００〜２００℃の温度下に上記混合
を行うことが該塩素含有プラスチック表面にクリンカー
粉を確実に付着せしめることができ好ましい。

【００２６】本発明において、熱分解条件は、公知の条
件が特に制限なく採用される。例えば、塩化ビニルの場
合、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、２５０〜３５０
℃の温度で加熱する方法が一般に採用される。また、上
記分解反応の実施は、公知の熱分解炉を使用して実施す
ることが可能である。例えば、ロータリーキルン、流動
床炉、竪型炉等の炉が挙げられる。そのうち、ロータリ
ーキルンが熱分解反応の安定性、効率等の点で好適に使
用される。塩素含有プラスチックは、熱分解により主な
ガスとして塩化水素を放出し、本発明の目的物である実
質的に塩素を含有しない炭化物が得られる。

【００２７】図１は、本発明の炭化物の製造方法を示す
概略図である。塩素含有プラスチック２とクリンカー粉
末３とは、好ましくは、予め混合されて熱分解炉１に供
給される。該熱分解炉中で所用時間滞留せしめることに
より、塩素含有プラスチックは熱分解され、炭化物４と
塩化水素５とに分解される。ここで、該炭化物は熱分解
時に使用したクリンカー粉との複合体として得られる。

【００２８】上記熱分解炉における塩素含有プラスチッ
クの処理時間は、熱分解の設定温度、塩素含有プラスチ
ックの大きさ等によって多少異なるが、一般に、５分〜
５時間、好ましくは１０〜６０分程度である。

【００２９】本発明において副生するガスは、主として
塩化水素ガスであり、該ガスは、公知の方法、例えば、
活性炭による吸着、苛性ソーダ水溶液を代表とするのア
ルカリ水溶液に吸収せしめることによって除外すれば良
い。勿論、除外することなく精製して他の工程、例え
ば、塩酸水溶液の調製、エチレンと塩酸とのオキシクロ
リネーションによるエチレンジクロライドの製法、アセ
チレンとの気相反応による塩化ビニルモノマーの製造な
どに使用することも可能であり、かかる塩化水素の使用
と下記の炭化物のセメント製造工程における使用によ
り、塩素含有プラスチックの殆ど全量を有効に処理でき
る処理方法が提供される。

【００３０】特に、オキシクロリネーションによるエチ
レンジクロライドの製造のように、最終的に塩素がポリ
塩化ビニルの如き塩素含有プラスチックに使用される場
合、大きな意味で捉えると、塩素含有プラスチックのリ
サイクルシステムを構築することができる。

【００３１】本発明において、上記熱分解によって得ら
れた炭化物は、燃料として有用な炭化物とクリンカーと
の複合物であり、これをセメント製造工程におけるセメ
ント原料を焼成するための焼成用燃料供給部より、燃料
の一部として供給することにより、炭化物は燃料とし
て、クリンカー粉はセメントクリンカーの成分としてそ
の全量を処理することが可能で、しかも、得られるセメ
ントクリンカーの品質に全く悪影響を与えないという優
れた工程を実現できる。

【００３２】尚、上記炭化物は、そのまま燃料として使
用しても良いが、公知の粉砕機により粉砕して適当な大
きさとして使用することが好ましい。また、後記のセメ
ント製造工程に燃料の一部として使用し、該燃料が石炭
である場合、該石炭を粉砕する工程に該炭化物を添加し
て同時に粉砕することも可能である。

【００３３】また、クリンカー粉と同程度の大きさに粉
砕された炭化物は、塩素含有プラスチックの固着、付着
を防止するために使用される前記クリンカー粉と併用す
ることにより、クリンカー粉の使用量を低減することが
でき好ましい。この場合、粉砕された炭化物のクリンカ
ー粉中に占める割合はあまり多くした場合は、クリンカ
ー粉を使用する前記効果が低下するため、一般に、５０
重量％以下、好ましくは３０重量％以下、特に１〜２０
重量％の割合で使用することが好適である。

【００３４】上記炭化物は、本発明の方法によって得ら
れた炭化物は勿論、他の方法によって得られた炭化物で
あっても同様に使用することができる。

【００３５】図２は、かかる本発明の工程を実現するた
めの代表的な態様を示す概略図である。セメント製造工
程１００では、仮焼用バーナー１０６を備えた仮焼炉１
０２の上部よりセメント原料６が供給され、仮焼された
後に、窯尻（図において焼成用キルンの右側）に主バー
ナー１０５を備えて成る焼成用キルン１０１に供給され
る。セメント原料は焼成用キルン内を矢印の方向に移動
しながら焼成され、セメントクリンカーとして該焼成用
キルンより取り出され、次いで、グレートクーラーとも
称される冷却機１０３で冷却された後、図には示されて
いないが、石膏等の添加剤を配合してボールミル等の粉
砕装置で粉砕されてセメントとなる。

【００３６】本発明においては、前記したように、上記
セメントをクリンカー粉として使用することが可能であ
るが、図に示すように、冷却機１０３で冷却されたクリ
ンカーの一部を粉砕機１０３で粉砕してクリンカー粉を
得ることもできる。

【００３７】一方、上記のようにして得られたクリンカ
ー粉は、塩素含有プラスチック２と混合器１０７で混合
して熱分解炉１に供給される。

【００３８】冷却機１０３で冷却された後のセメントク
リンカーは、一般にその５０重量％以上が粉状体であ
り、本発明においては、これをクリンカー粉として粉砕
することなく混合器１０７に供給することもできる。

【００３９】そして、上記熱分解炉１での熱分解により
得られた炭化物は、必要に応じて粉砕後、燃料供給部に
存在する主バーナー１に至る燃料の配管に直接混合する
か、図には示されていないが、該主バーナー１の近辺に
別途バーナーを設けて気流により供給することによっ
て、燃料の一部として使用される。また、前記したよう
に、主燃料として石炭を使用する場合は、該石炭と共に
粉砕して同時に供給しても良い。

【００４０】上記炭化物の使用量は、前記したように、
多少増減しても得られるセメントクリンカーの品質には
影響を与えることはないが、一般には、主燃料の９０％
以下、好ましくは７０％以下、更に好ましくは１〜５０
％となるように調整することが望ましい。

【００４１】尚、塩素含有プラスチックの使用量にもよ
るが、セメント製造工程が存在する一地域における廃プ
ラスチックに占める塩素含有プラスチックの量はセメン
ト製造工程の主燃料に対して微々たるものであり、通常
は、その全量を該燃料の一部とすることができ、クロー
ズドの処理システムが構築可能である。

【００４２】また、得られた炭化物は微量ではあるが塩
素分を含有する場合がある。この場合、該炭化物のセメ
ント焼成用キルンでの燃焼域において該塩素分が蓄積す
るのを防止するため、上記セメント焼成用キルンの窯尻
から雰囲気ガスを一部、例えば、０．１〜数％を抽気す
ることが好ましい。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明より理解されるように、本発
明の炭化物の製造方法によれば、塩素含有プラスチック
の熱分解時にクリンカー粉を使用することにより、該塩
素含有プラスチックを極めて高い熱分解率で、効率よく
炭化物に変換することができる。

【００４４】また、上記方法とセメントの製造工程を組
み合わせることにより、得られるセメントの品質に影響
を与えることなく、塩素含有プラスチックを極めて効率
的に処理することができるクローズドの処理システムの
実現が可能となり、塩化ビニル片等の塩素含有プラスチ
ックの処理において、その工業的意義は極めて大きいも
のであるといえる。

【００４５】

【実施例】以下、本発明を更に具体的に説明するために
実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００４６】実施例１〜６ ２０Ａ硬質ガラス製反応管（内径２０mmφ）に長径２〜
３mmに粉砕された不定形の硬質ポリ塩化ビニル片（ＰＶ
Ｃ片）とコールターカウンターにより測定される平均粒
子径が０．３mmのクリンカー粉とを表１に示す割合で配
合し、予混合した後、該反応管を環状電気炉にて外部よ
り表１に示す温度に加熱して熱分解を実施した。反応管
は、１分間に２回転させながら、表１に示す処理時間で
処理して熱分解を完了した。

【００４７】上記の処理で発生した分解排ガスは、ガス
吸収瓶にて吸収・中和滴定を行い、塩化水素量を測定し
た。また、得られた炭化物を冷却後、その重量測定し、
更に蛍光Ｘ線分析によって該炭化物に含まれる残留塩素
の分析を実施した。

【００４８】結果を表１に併せて示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】比較例１ 実施例１において、クリンカー粉を添加しなかった以外
は同様にして硬質ポリ塩化ビニル片を熱分解を実施し
た。

【００５１】上記の処理で発生した分解排ガスは、ガス
吸収瓶にて吸収・中和滴定を行い、塩化水素量を測定し
た結果、０．４６ｇであった。

【００５２】また、得られた炭化物は冷却後、重量測定
し、更に蛍光Ｘ線分析によって残留塩素の分析を実施し
た。その結果、重量は０．３５ｇであり、残部は反応管
の内壁に強固に付着していた。一方、炭化物中の残留塩
素の割合は、０．５２％であった。

【００５３】実施例７ 実施例１において、硬質ポリ塩化ビニル片とクリンカー
粉とを予混合する際に、１２０℃に加熱して行った以外
は同様にして、該硬質ポリ塩化ビニルの熱分解を実施し
た。

【００５４】上記の処理で発生した分解排ガスは、ガス
吸収瓶にて吸収・中和滴定を行い、塩化水素量を測定し
た結果、０．５５ｇであった。

【００５５】また、得られた炭化物は冷却後、重量測定
し、更に蛍光Ｘ線分析によって残留塩素の分析を実施し
た。その結果、重量は０．４８ｇであり、炭化物中の残
留塩素の割合は、０．２６％であった。

【００５６】実施例８ 実施例１において、装置をスケールアップし、実施例１
と同様な条件で大量に製造した炭化物を貯蔵し、これを
セメント焼成用キルンの主バーナー近傍より、主バーナ
ーより供給される燃料の１０％の量をで供給して３０分
間セメントの製造を実施したが、その間に得られるセメ
ントクリンカーの組成等の変動は全くなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の炭化物の製造方法を実施態様を示す
概略図

【図２】 本発明のセメントの製造方法を実施態様を示
す概略図

【符号の説明】

１ 熱分解炉 ２ 塩素含有プラスチック ３ クリンカー粉末 ４ 炭化物 ５ 塩化水素 ６ セメント原料 ７ セメントクリンカー １００ セメント製造工程 １０１ 焼成用キルン １０２ 仮焼炉 １０３ 冷却機 １０４ 粉砕装置 １０５ 主バーナー １０６ 仮焼用バーナー １０７ 混合器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塩素含有プラスチックを熱分解して炭化
   物を製造するに際し、該塩素含有プラスチックをセメン
   トクリンカー粉と混合した状態で熱分解に供することを
   特徴とする炭化物の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１の製造方法で得られた炭化物を
   セメント製造設備におけるセメント原料の焼成用燃料供
   給部より燃料の一部として供給することを特徴とするセ
   メントの製造方法。
3. 【請求項３】 炭化物を粉砕して燃料の一部として供給
   する請求項２記載のセメントの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１の塩素含有プラスチックの熱分
   解によって生成する塩化水素をエチレンとオキシクロリ
   ネーション反応せしめることを特徴とするエチレンジク
   ロライドの製造方法。
5. 【請求項５】 該塩素含有プラスチックをセメントクリ
   ンカー粉と混合した状態で熱分解に供し、得られる炭化
   物をセメント製造設備におけるセメント原料の焼成用燃
   料供給部より燃料の一部として使用し、且つ熱分解によ
   って生成する塩化水素をエチレンとのオキシクロリネー
   ション反応に使用することを特徴とする塩素含有プラス
   チックの処理方法。