特開 2024-69392 産業炉を燃焼させるためのペレットの調製プロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024069392

(43)【公開日】2024-05-21

(54)【発明の名称】産業炉を燃焼させるためのペレットの調製プロセス

(51)【国際特許分類】

   C10L 5/48 20060101AFI20240514BHJP

【ＦＩ】

C10L5/48

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024037819

(22)【出願日】2024-03-12

(62)【分割の表示】P 2021536324の分割

【原出願日】2019-12-18

(31)【優先権主張番号】2022251

(32)【優先日】2018-12-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL

(31)【優先権主張番号】2024064

(32)【優先日】2019-10-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL

(71)【出願人】

【識別番号】521268646

【氏名又は名称】サブコール・インターナショナル・ベー・フェー

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】イェニッセン，ラルス

(57)【要約】      （修正有）

【課題】産業炉を燃焼させるのに好適な自由流動性粉末を提供することができるペレットを、都市廃棄物から生成するための方法を提供する。
【解決手段】方法は、（ｉ）廃棄物の総乾燥重量に基づいて、４０％超の１つ以上の熱可塑性材料、及び３０％超の１つ以上のセルロース材料を含む廃棄物材料を提供するステップであって、廃棄物が、８０％超が５ｍｍより大きく、９５％超が６０ｍｍより小さい粒径分布を有する、ステップと、（ｉｉ）４～１６ｍｍの穴及び２超の長さ比を有するペレタイザーに廃棄物材料を通して、４～１０ｍｍの穴および２超の長さ比を有する第２のペレタイザーにペレットを通して、４～１０ｍｍの直径および３～５０ｍｍの長さを有するペレットを提供するステップと、（ｉｉｉ）ペレットをハンマーミルで粉砕して粉末状燃料を形成するステップと、を含み、２５～７０重量％の粉末状燃料が２～３．１５ｍｍの間の粒径を有する。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

産業炉を燃焼させるのに好適な自由流動性粉末を提供することができるペレットを、都市廃棄物および／または他の廃棄物から生成するための方法であって、そのプロセスが、
（ｉ）前記廃棄物の総乾燥重量に基づいて、４０％超の１つ以上の熱可塑性材料、および前記廃棄物の総乾燥重量に基づいて、３０％超の１つ以上のセルロース材料を含む廃棄物材料を提供するステップであって、前記廃棄物が、８０％超が５ｍｍより大きく、９５％超が６０ｍｍより小さい粒径分布を有する、ステップと、
（ｉｉ）４～１６ｍｍの穴および２超の長さ比を有するペレタイザーに前記廃棄物材料を通して、４～１０ｍｍの穴および２超の長さ比を有する第２のペレタイザーにペレットを通して、４～１０ｍｍの直径および３～５０ｍｍの長さを有するペレットを提供するステップと、を含む、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法で得ることが可能な、好ましくは請求項１に記載の方法で得られる、ペレット。

【請求項3】

以下の特性：
ａ．直径４～１０ｍｍの直径
ｂ．前記廃棄物材料を２度ペレット化することによって得られる、または得ることが可能な実質的に均質に溶融したプラスチックを含む、および
ｃ．ハンマーミルで粉砕すると、得られる粉末が良好な流動特性を有する、を備える、ペレット。

【請求項4】

前記ペレットが、８～４０ｋｇｆのカール硬度を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法またはペレット。

【請求項5】

前記ペレットが、４７０ｇ／Ｌ以上のかさ密度を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法またはペレット。

【請求項6】

ハンマーミルで粉砕された後の前記ペレットが、２２０ｇ／Ｌ以上のかさ密度を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法またはペレット。

【請求項7】

前記ペレットのカロリー量（ＬＣＶ）が、約１９～２８ＧＪ／トンである、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法またはペレット。

【請求項8】

前記ペレットの水素含有量が、乾燥重量ペレットの７～８重量％の範囲である、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法またはペレット。

【請求項9】

前記ペレットの酸素含有量が、乾燥重量ペレットの２０～３０重量％の範囲である、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法またはペレット。

【請求項10】

前記ペレットが、
－前記ペレットの総乾燥重量に基づいて、４０～７０重量％の量の１つ以上の熱可塑性材料と、
－前記ペレットの総乾燥重量に基づいて、３０～５０重量％超の１つ以上のセルロース材料と、を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法またはペレット。

【請求項11】

前記ペレットが、６～１０ｍｍの直径および４～４０ｍｍの長さを有する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法またはペレット。

【請求項12】

好ましくは２５～７０重量％が、２～３．１５ｍｍの粒径を有するように、粒子に粉砕された後の産業炉用燃料としての、請求項２～１１のいずれか一項に記載のペレットの使用。

【請求項13】

産業炉を燃焼させる方法であって、
請求項２～１１のいずれか一項に記載のペレットを提供するステップと、
ミルで前記ペレットを粉砕して、好ましくは、２５～７０重量％が、２～３．１５ｍｍの粒径を有するような粒径を達成するステップと、
粉末状の前記燃料を前記炉の火炎に送り込むステップと、を含み、
前記燃料が、前記炉のエネルギー要件の７０％超、好ましくは前記炉のエネルギー要件の９０％超を提供する量で使用される、方法。

【請求項14】

前記産業炉が、発電するための方法で使用される、請求項１２または１３に記載の使用または方法。

【請求項15】

前記ペレットが、ハンマーミルで粉砕される、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の使用または方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、廃棄物材料からペレットを調製するためのプロセス、該プロセスで得ることが可能なペレット、および産業炉を燃焼させるためのプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

産業炉を燃焼させるためのプロセスは、例えば発電に使用されるプロセスである。発電するための炉は、現在使用されている最も要求が厳しく、かつ効率的な炉である。高いプロセス安定性を必要とする他の産業炉は、鉄鋼生産の高炉ならびにセメントおよび石灰窯である。

【0003】

炉は、一般に、粉末状の（微粉）炭、石油、またはガスが供給される。燃料は、一般に、多くのバーナー、ランス（または羽口）を通して供給される。炉が発電するために使用される場合、燃焼の熱は、タービンを駆動するために使用される蒸気を生成するために使用される。

【0004】

注入できる微粉炭の量は、石炭およびコークスの品質、炉の形状、ならびに操作慣行に依存する。さらに、微粉炭は、かさ密度が低く、貯蔵特性が悪い。そのため、石炭は、使用直前に微粉化される。微粉炭の主な欠点は、それが再生不可能な供給源からのものであり、したがってかなりのＣＯ２排出を引き起こすという事実である。

【0005】

ＣＯ２排出の負担を軽減するために、代替燃料が提案されており、ある程度使用されてもいる。そのような代替燃料は、シームレスな処理でのその使用を可能にする必要がある。代替燃料は、製粉の前後に輸送可能でなければならない。さらに、代替燃料は、火炎中での注入を可能にする必要があり、良好な燃焼特徴（完全に燃焼する時間、ホットスポットで実質上完全に燃焼する時間）を示す必要がある。

【0006】

ハイエンド産業炉に使用することが提案されている代替燃料は、プラスチックペレット、混合プラスチック／バイオマスペレット、木質ペレット、下水汚泥ペレットなどである。

【0007】

プラスチックのみの廃棄物を使用する利点の１つは、一般に、プラスチック廃棄物の熱伝導率が低く、エネルギー含有量が高いことである。プラスチックのみの廃棄物を使用することの欠点は、例えば、家庭廃棄物、アーバン廃棄物、または都市廃棄物に由来するそのような混合物が、（リサイクルされた）プラスチック製品を作製するために使用することができる比較的価値のある製品であるということである。さらなる欠点は、高いカロリー量にもかかわらず、廃プラスチックペレットを好適な粒径分布が得られるように処理することが困難であることである。製粉は、極低温製粉が必要となる程度まで、プラスチックの温度上昇、ゴム状の挙動を引き起こす。しかしながら、極低温製粉は、費用がかかり過ぎる。

【0008】

代替燃料の炉への送達は、廃棄物材料の性質および供給される炉のタイプに応じて、変動し得る。炉技術で代替燃料を直接使用する方法はいくつか存在する。そのような技術には、ランスを介してまたはランスのレベルで粉末代替燃料を注入することによる直接使用、ＷＯ２０１５／１５５１９３に記載されているようにペレットを石炭と共粉砕すること、または混合物を炉に注入する前に石炭と粉末代替燃料とを混合することが含まれる。

【0009】

炉中で直接使用される代替燃料には、粉塵形成、粉末の輸送などのような処理に伴う問題がある。好ましくは、そのような燃料は、家庭廃棄物、アーバン廃棄物、または都市廃棄物の選択された廃棄物画分から作製される。しかしながら、そのような廃棄物画分は、ペレットが作製される非常に異種な材料を表す。しかし、産業炉は、スムーズに操作できるようにするために比較的均質な材料を必要とする。

【0010】

したがって、これらの代替燃料は、実際には、ハイエンド炉中の化石燃料を部分的に置き換えるためにのみ使用される。一般的に、実際には代替燃料の量は、３０％未満であるが、いずれの場合も粉末炭に対して５０％未満である。粉末炭は、比較的均質な材料であり、石炭のかなりのベースロードは、ごみ由来のペレット材料における変動を減衰させる。

【0011】

ＵＳ２０１０／１１６１８１は、プラスチックの量が比較的少ない（４０重量％未満）プラスチック／セルロース材料のペレット化について説明しており、これは、ＷＯ２００８／１０７０４２によれば、粉末炭と組み合わせて二次燃料として使用することができる、大部分が２ｍｍ未満の粒子に製粉することができる。プラスチックの量が少ない二次燃料は、燃焼値が比較的低く、これは、そのような燃料が石炭を完全に置き換える必要がある場合には不利である。

【0012】

ＥＰ１０８３２１２Ａは、粉末炭と組み合わせて二次燃料として使用することができるプラスチックおよびセルロース材料のペレットの調製について説明している。

【0013】

したがって、石炭を完全に置き換えるためにさえ、産業炉、特に発電するための産業炉に供給されるのに好適であるような代替燃料を生成することができるプロセスが現場で必要とされている。

【0014】

さらに、粉末の確実な輸送など、取り扱い特性が改善された代替燃料を生成することができるプロセスが必要とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】国際公開第２０１５／１５５１９３号

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１０／１１６１８１号明細書

【特許文献3】国際公開第２００８／１０７０４２号

【特許文献4】欧州特許出願公開第１０８３２１２号明細書

【発明の概要】

【0016】

本発明の目的は、発電するための最新の設備で使用されるハイエンド産業炉で化石燃料を完全に確実に置き換えるために使用することができるプラスチックおよびバイオマス（セルロース繊維）を含むペレットを作製するプロセスを提供することである。

【0017】

さらなる目的は、取り扱い特性が改善された代替燃料でハイエンド産業炉を確実に運転するためのプロセスを提供することである。

【0018】

第１の態様では、本発明は、産業炉を燃焼させるのに好適な自由流動性粉末を提供することができるペレットを、都市廃棄物および／または他の廃棄物から生成する方法であって、このプロセスは、（ｉ）廃棄物の総乾燥重量に基づいて、４０％超の１つ以上の熱可塑性材料、および廃棄物の総乾燥重量に基づいて、３０％超の１つ以上のセルロース材料を含む廃棄物材料を提供するステップであって、廃棄物が、８０％超が５ｍｍより大きく、かつ９５％超が６０ｍｍより小さい粒径分布を有する、ステップと、（ｉｉ）４～１６ｍｍ、好ましくは６～１６ｍｍの穴および２超の長さ比を有するペレタイザーに廃棄物材料を通して、４～１０ｍｍの穴および２超の長さ比を有する第２のペレタイザーにペレットを通して、４～１０ｍｍの直径および３～５０ｍｍの長さを有するペレットを提供するステップと、を含む、方法に関する。

【0019】

第１の態様のプロセスで得られたペレットは、良好な流動特性を示す粉末が得られるようにハンマーミルで製粉することができる。好ましくは、粉末の２５～７０重量％が、２～３．１５ｍｍの粒径を有する。

【0020】

これらのペレットは、予期せぬことに、発電所で使用される炉などのハイエンド産業炉中の粉末炭を完全に置き換えることを可能にする。したがって、本発明はまた、２度のペレット化によって得られる特定の特性を有するペレットに関する。

【0021】

本発明の一実施形態では、ペレットは、本発明のプロセスによって得ることが可能であるが、好ましくは、２つのペレット化ステップを含むプロセスで得られる。

【0022】

ペレットは、好ましくは、以下の特性のうちの１つ以上を有する：
－直径４～１０ｍｍの直径
－８～４０ｋｇｆのカール硬度
－廃棄物材料を２度ペレット化することによって得られる、または得ることが可能な実質的に均質に溶融したプラスチックを含む
－および／または４７０ｇ／Ｌ以上のかさ密度

【0023】

より好ましくは、本発明のペレットは、以下の特性の組み合わせを有する：
－４～１０ｍｍの直径
－乾燥廃棄物と比較して、４０重量％超のプラスチック材料および３０重量％超のセルロース材料を含む
－４７０ｇ／Ｌ以上、好ましくは約５００ｇ／Ｌ以上、より好ましくは５５０ｇ／Ｌ以上のかさ密度
－２２０ｇ／Ｌ以上の密度を有する粉砕材料を得るために、以下に定義するようにハンマーミルでペレットを製粉することで分析できるように、実質的に均質に溶融したプラスチックを含む。

【0024】

ペレットは、例えば、６．４ｍｍのスクリーンおよび１０８ｍ／ｓの先端速度を有するハンマーミル（カリフォルニアペレットミルなど、１１．５ｘ２８）で効果的に粉砕することができる。２度ペレット化された材料から得られる粒子は、１度ペレット化された材料から生じる粒子よりもはるかにより良い流動特性を有する。そのような条件で１度ペレット化された材料は、効果的に粉砕するには高過ぎるエネルギー入力を必要とする。

【0025】

２度ペレット化されたペレットは、ハンマーミルで粉砕された場合、比較的低く、好ましくは実質上プラスチックフィルムまたは繊維状材料の断片を含有しない。これは、良好な流動特性を達成するために重要であるため、これは有利であるそのような理論に拘束されることなく、この改善された製粉挙動は、繊維材料をさらに含浸させた溶融プラスチックによって引き起こされると考えられる。

【0026】

本発明のさらなる態様では、本発明による産業炉を燃焼させるプロセスは、（ｉ）（ａ）廃棄物の総乾燥重量に基づいて、４０％超の１つ以上の熱可塑性材料、および廃棄物の総乾燥重量に基づいて、３０％超の１つ以上のセルロース材料を含む廃棄物材料を提供することであって、廃棄物が、８０％超が５ｍｍより大きく、９５％超が６０ｍｍより小さい粒径分布を有する、提供すること、（ｂ）４～１６ｍｍ、好ましくは６～１６ｍｍの穴および２超の長さ比を有するペレタイザーに廃棄物材料を通すこと、ならびに（ｃ）４～１０ｍｍの穴および２超の長さ比を有する第２のペレタイザーにペレットを通すこと、によって調製されるか、またはそれらによって得ることが可能なペレットを提供するステップと、（ｉｉ）２５～７０重量％が、２～３．１５ｍｍの粒径を有するようにミルでペレットを製粉するステップと、（ｉｉｉ）粉末状燃料を炉の火炎に送り込むステップであって、燃料が、該炉のエネルギー要件の７０％超を提供する量で使用される、ステップと、を含む。

【0027】

本発明による粉末状燃料は、好ましくは、該炉のエネルギー要件の約９０％以上の量で使用され、さらにより好ましくは、実質的にすべての（ａｌ）エネルギー要件が、本発明による粉末状燃料によって得られる。

【0028】

本発明のさらなる態様では、ペレットの総乾燥重量に基づいて、４０％超の１つ以上の熱可塑性材料およびペレットの総乾燥重量に基づいて、３０％超の１つ以上のセルロース材料を含むペレットの使用であって、ペレットが、４～１６ｍｍ、好ましくは６～１６ｍｍの穴および２超の長さ比を有するペレタイザーに該プラスチックおよびセルロース材料を含む廃棄物材料を通し、４～１０ｍｍの穴および２超の長さ比（ｌｅｎｇｔｈ ｒａｔｉｏｎ）を有する第２のペレタイザーにペレットを通すことによって生成または生成可能であり、好ましくは２５～７０重量％が、２～３．１５ｍｍの粒径を有するように粉砕した後、産業炉用の燃料としての、使用に関する。

【0029】

２度のペレット化プロセスの後に得られたペレットは、通常のペレットよりも有利な特性を有し、そのようなさらなる処理ステップが、石炭を完全に置き換えるためにさえ最も要求の厳しいプロセスのうちの１つで使用することができるペレットにつながることは予想外であった。

【0030】

２度ペレット化されたペレットは、例えばハンマーミルなどの標準的な設備で粉砕することにより、非常に良好な流動性および走行性を有する粉末に変換することができる。それにより、１度ペレット化された材料と比較して、改善されたバルク、輸送、およびより良い投薬特性が達成される。

【0031】

ペレットは、非常に高い冷間圧壊強度を有するため、ストックハウスでの微粉の発生はごくわずかであり、輸送中の崩壊に対する良好な耐性をもたらす。

【0032】

したがって、本発明のプロセスによって得ることが可能なペレットは、産業炉を燃焼させるのに有利に使用することができる多くの新しい特性を有する。

【0033】

本発明のさらなる恩恵および利点は、添付の図面を適切に参照して詳細な説明で明らかになるであろう。

【発明を実施するための形態】

【0034】

第１の態様では、本発明は、産業炉を燃焼させるのに好適な自由流動性粉末を提供することができるペレットを、都市廃棄物および／または他の廃棄物から生成する方法であって、このプロセスは、（ｉ）廃棄物の総乾燥重量に基づいて、４０％超の１つ以上の熱可塑性材料、および廃棄物の総乾燥重量に基づいて、３０％超の１つ以上のセルロース材料を含む廃棄物材料を提供するステップであって、廃棄物が、８０％超が５ｍｍより大きく、９５％超が６０ｍｍより小さい粒径分布を有する、ステップと、（ｉｉ）４～１６ｍｍ、好ましくは６～１６ｍｍの穴および２超の長さ比（ｌｅｎｇｔｈ ｒａｔｉｏｎ）を有するペレタイザーに廃棄物材料を通して、４～１０ｍｍの穴および２超の長さ比を有する第２のペレタイザーにペレットを通して、４～１０ｍｍの直径および３～５０ｍｍの長さを有するペレットを提供するステップと、を含む、方法に関する。

【0035】

ペレタイザーのダイは、好ましくは円筒形のダイであるが、平らなダイが知られており、同様に使用することができる。また、第１の平らなダイおよび第２の円筒形のダイ、または第１の円筒形のダイおよび第２の平らなダイを使用することができる。

【0036】

「熱可塑性材料」という用語は、熱可塑性ポリマーを意味する。本発明のペレットの調製に使用される廃棄物材料は、少なくとも４０％の熱可塑性材料、好ましくは少なくとも４５重量％または少なくとも５０重量％の熱可塑性材料、例えば約５５重量％または約６０重量％の熱可塑性材料を含む。

【0037】

一般的に、ペレット中のプラスチック材料の量は、約８０％以下、好ましくは７０％以下である。したがって、好適な範囲は、４０～８０重量％のプラスチック、または最も好ましくは５０～７０重量％のプラスチックを含む。

【0038】

本明細書で使用される熱可塑性ポリマーの例は、ＵＳ２０１０／０１１６１８１に記載されている。典型的には、熱可塑性材料または成分は、パッキング材料または任意のタイプのプラスチック廃棄物であり得る。

【0039】

好ましくは、熱可塑性材料の少なくとも２０重量％、より好ましくは少なくとも４０重量％、さらにより好ましくは少なくとも５０重量％、最も好ましくは少なくとも６０重量％は、ポリエチレンホモポリマーまたはコポリマーである。

【0040】

本発明で使用される「セルロース材料」という用語は、例えば、紙、カートン、木材、段ボール、綿、レーヨンおよび／またはビスコースなどの繊維に関する。本発明で使用される廃棄物材料は、少なくとも３０重量％のセルロース材料、好ましくは３５重量％以上のセルロース材料を含む。一般的に、セルロース材料の量は、ペレットの総乾燥重量に基づいて、約６０重量％以下、好ましくは約５０重量％以下のセルロース材料である。好適な範囲には、３０～６０重量％のセルロース材料、好ましくは３０～５０重量％のセルロース材料が含まれる。セルロース材料は、バイオマスとしても表すことができる。

【0041】

本明細書で使用される場合、「ペレット」または「ペレット（複数可）」という用語は、１つ以上の熱可塑性材料および１つ以上のセルロース材料を含む本発明のペレットを指す場合に使用される。ペレットは、不均質性の程度によって制限されない。本発明のペレットは、２度ペレット化することができる市販のＳｕｂｃｏａｌ（登録商標）ペレットであり得る。

【0042】

ペレットを作製するための好適なプロセスは、例えば、ＵＳ６６３５０９３に記載されているように、当技術分野に記載されている。しかしながら、（溶融）プラスチックおよびセルロース材料に関して十分に均質なペレットを得るために、ペレットは、２度ペレット化されるべきであることに留意されたい。それにもかかわらず、本発明のペレットの必要な最終特性を知ることにより、特別なダイまたは他のプロセスを使用することによってそのような特性を得ることが可能である場合がある。

【0043】

ペレットは、一般に、４～１０ｍｍ、好ましくは６～１０ｍｍの範囲内の均一なサイズ範囲（直径）を有する。ペレットの長さは、一般に、３～５０ｍｍ、好ましくは４～４０ｍｍ、さらにより好ましくは５～３０ｍｍである。

【0044】

ペレットは、ごみまたは紙のリサイクルプラントなどから廃プラスチックおよびバイオマスを選択することによって生成することができる。プラスチックとセルロース材料との必要な混合を達成するために、異なる選択された廃棄物の流れを組み合わせて使用することが可能である。原料は、好ましくは、最大寸法が５ｃｍ以下のサイズ、好ましくは４ｃｍ以下のサイズに細断される。さらなる実施形態では、原料は、約３．５ｃｍ以下、好ましくは約２．５ｃｍのサイズに細断される。

【0045】

好ましくは、廃棄物は、８０％超が５ｍｍよりも大きく、９５％超が６０ｍｍよりも小さい粒径分布を有する。好ましくは、９０％超は、４０ｍｍよりも小さい。さらに好ましい実施形態では、廃棄物は、約２０重量％以上が３０ｍｍ超のサイズを有するような粒径を有する。

【0046】

材料は、約２～１５重量％、好ましくは５～１５重量％、より好ましくは１０重量％未満の水分含有量まで乾燥することができ、材料は、適切な穴を有するダイを通して加圧される。乾燥は、好ましくは、細断後に行われる。

【0047】

ダイの穴は、約４～２０ｍｍの直径、および２～２０、好ましくは少なくとも４のアスペクト比を有することができる。好ましい寸法は、第１のペレット化装置については４～１６ｍｍ、より好ましくは６～１６ｍｍの直径であり、第２のペレット化装置については６～１０ｍｍの直径である。アスペクト比または長さ比（これらのフレーズは、同じ意味で使用される）は、少なくとも２である。これは、ダイの厚さ（材料がダイを通過する経路の長さを定義する）が穴の直径の少なくとも２倍である。アスペクト比（長さを直径で割ったもの、または長さ比）は、好ましくは約４～１５、より好ましくは約６～１２である。

【0048】

第１および第２のペレット化装置における穴は、同じであっても異なっていてもよく、第１のペレット化装置における穴は、同じ直径またはそれよりも大きい。別の実施形態では、第１のペレタイザーにおける穴は、第２のペレタイザーにおける穴よりも小さい。

【0049】

２つのペレット化ステップにより、繊維状またはフィルム状の材料を含浸させるプラスチックの効果的な溶融が可能になり、粉砕性の改善に役立つ。第１のペレット化ステップ中、材料は、一般に１００℃以下または約１００℃、好ましくは７０～９０℃まで加熱され、これにより原料の剪断および粉砕が可能になる。第２のペレット化ステップ中、ペレットの温度は、好ましくは約１００℃以上、好ましくは約１０５℃以上まで上昇し、最大約１２０℃まで上昇し得る。第２のペレット化ステップ中の温度は、一般に、第１のペレット化ステップよりも、約５℃以上、好ましくは約１０℃以上、例えば最大２０℃または３０℃高くなる。第２のペレット化ステップでのこの比較的高い温度により、プラスチックのさらなる溶融が可能である。改善された溶融および含浸ペレットは、かなり高いかさ密度を示し、従来技術のペレットと比較的容易に区別することができる。

【0050】

任意の燃料の発熱量またはカロリー量またはカロリー発熱量は、燃料が完全に燃焼したときに燃料の単位質量または単位体積あたりに放出されるエネルギーである。量は、すべての燃焼生成物を元の燃焼前温度に戻し、特に生成された任意の蒸気を凝縮することによって決定される。つまり、その指定量の完全燃焼中に放出される熱量である。

【0051】

熱量測定は、より高い発熱量（ＨＨＶ）を測定し、以下の手順を使用する。純粋な酸素を使用してサンプルを完全に燃焼させた後、二酸化炭素および水を生成する。水は、最初は蒸気として生成される。しかしながら、サンプル全体が燃焼すると（つまり、試験が完了すると）、水蒸気が凝縮する。この凝縮プロセスにより、追加の熱が放出される。技術的には、この追加の熱は、蒸気から液相への水の変換による潜熱である。サンプルの燃焼中に放出される熱と、水蒸気の液体への変換中に放出されるその後の熱との組み合わせは、得ることができる最大の熱を提供する。これは、高位カロリー量（ＨＣＶ）または高位発熱量（ＨＨＶ）として知られている。

【0052】

プロセスが、生成された水を蒸気状態に維持する場合、潜熱は、回収されない。これは、低位カロリー量（ＬＣＶ）または低位発熱量（ＬＨＶ）として知られている。ＬＨＶは、燃焼熱のみであり、水蒸気の凝縮中に放出される熱は含まれていない。ＬＨＶは、熱を電力またはエネルギーに変換するほとんどの燃焼システムの重要な測定値である。

【0053】

ＨＨＶおよびＬＨＶは、ＣＯ_２およびＨ_２Ｏへの燃料の完全燃焼のために有効である。

【0054】

ペレットのカロリー量（ＬＣＶ）は、一般に約１９～２８ＧＪ／トンであり、これは、一般に３１～３５ＧＪ／トン（乾燥重量）のカロリー量を有する完全なプラスチック材料よりも低い。

【0055】

好ましくは、塩素のようなハロゲン元素は、１重量％未満、より好ましくは０．３重量％未満の量でペレット中に存在する。この元素の高入力は、乾式および／または湿式ガス洗浄システムの腐食につながる場合があり、加えて上部ガススクラバーの排水による塩素放出につながる場合もある。

【0056】

ペレットの酸素含有量は、好ましくは、乾燥重量ペレットの２０～３０重量％の範囲である。

【0057】

ペレットの水素含有量は、好ましくは、乾燥重量ペレットの６～８重量％の範囲である。

【0058】

好ましくは、ペレットは、１～１０重量％、より好ましくは約５重量％以下の水分を含み得る。水分量は、２％未満または１％未満であり得る。

【0059】

好ましくは、ペレットの強度は、約８ｋｇｆ以上、より好ましくは約１０ｋｇｆ以上である。一般的に、強度は、約４０ｋｇｆ以下、多くの場合約２５ｋｇｆ以下である。しかしながら、例えば、最大７０ｋｇｆ以下、例えば、６０ｋｇｆ以下の強度を有する、さらに硬いペレットを有することは可能である。約３０ｋｇｆ以下の強度を有することが好ましい場合がある。

【0060】

硬度は、ハンブルクのＡｍａｎｄｕｓ Ｋａｈｌ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ ＫＧから入手可能なカールペレット硬度計で測定することができる。十分な強度には、ペレットが比較的高い密度を有することにより、効率的な輸送が可能であり、この強度が、輸送中に大量の微粉の形成を妨げるという利点がある。カールペレット硬さ試験機は、業界の標準的な試験方法のうちの１つである。

【0061】

本発明のプロセスで得られた、または得ることが可能なペレットは、粉末が良好な流動特性を示し、かつ好ましくは粉末の２５～７０重量％が、２～３．１５ｍｍの粒径を有するように、ハンマーミルで製粉することができる。

【0062】

これらのペレットは、予想外に、ハイエンド産業炉で粉末炭を完全に置き換えることさえ可能にする。ペレットは、好ましくは、２度のペレット化によって得られる特定の特性のうちの１つ以上を有する。

【0063】

好ましい特性は、以下のうちの１つ以上を含む：
－直径４～１０ｍｍの直径
－８～４０ｋｇｆのカール硬度
－廃棄物材料を２度ペレット化することによって得られた実質的に均質に溶融したプラスチック
－４７０ｇ／Ｌ以上のかさ密度

【0064】

ペレットは、ハンマーミルで粉砕することができる（例えば、カリフォルニアペレットミルのように、６．４ｍｍのスクリーンおよび１０８ｍ／ｓの先端速度を有する１１．５ｘ２８）。得られる粒子は、好ましくは、２２０ｇ／Ｌ以上のかさ密度（タップ）を有する。

【0065】

ハンマーミルで粉砕した場合、ペレットは、プラスチックフィルムまたは繊維状のストランドを実質上ほとんど含有せず、これらが流動特性に有害になるであろうためである。

【0066】

ペレットは、３．１５ｍｍ未満の比較的小さな粒子に粉砕される。一般に、３．１５ｍｍより大きい粒子の重量パーセントは、約１５重量％以下、好ましくは約１０重量％以下、さらにより好ましくは約７．５重量％以下である。より好ましくは、９５重量％超、より好ましくは９８重量％超の粉砕材料は、３．１５ｍｍよりも小さい。しかし、粒子は、ほこりっぽくない。好ましくは、２５重量％超が、２ｍｍより大きく、より好ましくは３０重量％超が、２ｍｍよりも大きい。加えて、好ましくは約７５重量％以上が１ｍｍより大きい。

【0067】

一実施形態では、好ましくは、粉砕材料は、２～３．１５ｍｍのサイズを有する約３０重量％の材料、さらにより好ましくは約４０重量％以上の材料を含む。

【0068】

（タップ）かさ密度は、以下のように測定される：ある量のペレットが１００ｍＬシリンダー（直径２．５ｃｍ）に注がれ、グラム単位で存在するペレットの量を測定する。タッピングは、ビーカーを振動面（０．５ｍｍの垂直振動、１分間に２４０回）に５分間置くことによって行われ、ペレットの量を測定する。タップ密度は、グラム量を測定量で割った量である。

【0069】

２度ペレット化することによって得られる、または得ることが可能なペレットは、より高いかさ密度を有する。１度ペレット化することによって得られるペレットは、一般に、４６０ｇ／Ｌ未満のかさ密度を有する。本発明によるペレットは、一般に、４７０ｇ／Ｌ以上、好ましくは４８０ｇ／Ｌ以上のかさ密度を有する。一般的に、密度は、７００ｇ／Ｌ以下である。ペレットのかさ密度は、より好ましくは約５００ｇ／Ｌ以上であり、さらにより好ましくは約５５０ｇ／Ｌ以上である。

【0070】

粉砕は、６．４ｍｍのスクリーンおよび１０８ｍ／ｓの先端速度を有するハンマーミル（カリフォルニアペレットミル、１１．５ｘ２８）で試験され、製造業者の説明に従って使用される。

【0071】

粉砕ペレット（粒子状物質）のかさ密度（タップ）は、一般に２２０ｇ／Ｌ以上、好ましくは２３０ｇ／Ｌ以上である。これは、一般に、製粉後にかさ密度が多くの場合２００ｇ／Ｌ未満である従来技術の標準的なペレット化された材料とは対照的である。

【0072】

好ましくは、粉砕粒子の平均粒径は、２．５ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍより大きい。

【0073】

工業環境での粉砕は、一般に、ハンマーミル、ジェットミルなどのような好適なミルで行われる。好ましくは、ハンマーミルが使用される。

【0074】

そのような装置で単独でペレット化されたペレットを３ｍｍより小さい粒径に粉砕すると、粒子ならびにかなりの量の小さなプラスチック綿毛材料（プラスチックフィルム部品および繊維材料）を有する材料が得られるようである。この綿毛材料は、流動および取り扱い特性に激しく悪影響を及ぼす。それにより、粒子の炉への輸送および送り込みの両方が妨害される。また、燃焼は安定しない。本発明によるペレットに対して粉砕を実行する場合、綿毛材料は実質上観察されない。

【0075】

本発明による産業炉を燃焼させるプロセスは、（ｉ）上記のようにペレットを提供するステップと、（ｉｉ）好ましくは２５～７０重量％が、２～３．１５ｍｍの粒径を有するように、ミルでペレットを製粉するステップと、（ｉｉｉ）粉末状燃料を炉の火炎に送り込むステップであって、燃料が、該炉のエネルギー要件の７０％超を提供する量で使用される、ステップと、を含む

【0076】

好ましくは、燃料は、該炉のエネルギー要件の８０％超、より好ましくは９０％超を提供する量で使用される。

【0077】

さらにより好ましい実施形態では、該ペレットは、発電における化石燃料の完全な代替物として提供される。

【0078】

本発明のさらなる態様では、本発明は、好ましくは粒子の２５～７０重量％が、２～３．１５ｍｍのサイズを有するように、粉砕後の産業炉用燃料としての上記のペレットの使用に関する。

【0079】

粒子は、約１２００℃～約２５００℃の範囲の断熱火炎温度および１２８０～２０００Ｎｍ^３／ｋｇ＊１０００の範囲の風量で産業炉の軌道に吹き込まれる。温度は、一般に、産業炉のタイプに依存する。

【0080】

以下、本発明をより詳細に、具体的には実施例を参照して説明するが、本発明を限定することを意図しない。

【実施例0081】

実施例１～２および比較実験Ａ
一連の試験は、約４５％のプラスチック、約４０％のバイオマス、約５％の他の材料、および約１０％の水分を含むＲＤＦを用いて実施した。

【0082】

第１および第２（該当する場合）のペレット化は、６ｍｍの穴および７０ｍｍの長さ（アスペクト比１１．７）を有するダイを通して行った。ダイ速度は、約２００ｒｐｍであった。

【0083】

第１のペレット化ステップ後に得られたペレットは、４６０ｇ／Ｌのかさ密度を有したが、２度ペレット化されたペレットは、５０８ｇ／Ｌのかさ密度を有した。以下の試験を行った。

【0084】

シングルペレット化されたΦ６ｍｍのペレットを粉砕して比較する：
－９６Ｈｚの速度でΦ６．４ｍｍの穴スクリーンを有するハンマーミルスクリーンを用いる。
この速度では（高いエネルギー消費量から結論付けることができるように）問題が発生したため、より低い先端速度でも試験することは有用ではなかった。

【0085】

ダブルペレット化されたΦ６ｍｍのペレットを粉砕して比較する：
－４８Ｈｚの速度でΦ６．４ｍｍの穴スクリーンを有するハンマーミルスクリーンを用いる。
－９６Ｈｚの速度でΦ６．４ｍｍの穴スクリーンを有するハンマーミルスクリーンを用いる。

【0086】

スクリーン、消費電力、および速度は、かさ密度とともに下の表に示す。

【表1】

【0087】

実施例１および２の生成物は、ＤＩＮ１８１２３：２０１１－０４およびＤＩＮ－ＥＮ１５１４９－１＆－２：２０１１－０１の方法に従って粒径分布について分析した。０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３．１５ｍｍ、および＞３．１５ｍｍに対するふるい分画では、以下の結果が得られた：

【表2】

【0088】

これらの結果から、シングルペレット化されたペレットの粉砕と比較（実験Ａを２と比較）して、Φ６．４ｍｍの穴を有するスクリーンを備えたハンマーミルでダブルペレット化されたペレットを粉砕すると、ペレットの量（ｋｇ）あたりのエネルギー消費量が減少したようである。
さらに、綿毛の代わりに粒子が生成され、かさ密度が約２００から２３０に増加した（１５％増加）。エネルギー消費量が少ないため、ダブルペレット化されたペレットを粉砕する場合により高い容量が可能である。

【0089】

実施例３
エネルギー含有量が２３ＧＪ／トンで、サイズが５０ｍｍ未満に縮小された、選択された固形塵芥から、直径６ｍｍ、およびアスペクト比約１１の穴を有するダイに対して２度ペレット化することによってペレットを調製した。

【0090】

ペレットは、６２５ｇ／Ｌの密度を示し、第１のペレット化ステップ後に得られたペレットよりも実質的に暗く、より均質なテクスチャーを示した。

【0091】

製粉は、１０８ｍ／ｓの先端速度および６．４ｍｍのスクリーンを有するカリフォルニアハンマーミルで実行した。結果を次の表に示す。さらに、粉砕材料を手で振って３ｍｍのスクリーンふるいの上でふるいにかけた。これにより、綿毛がスクリーン上に留まることが可能になった。綿毛の量は、非常に少なかった。

【表3】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-13

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

産業炉を燃焼させるのに好適な粉末状燃料を、都市廃棄物および／または他の廃棄物から生成するための方法であって、そのプロセスが、
（ｉ）前記廃棄物の総乾燥重量に基づいて、４０％超の１つ以上の熱可塑性材料、および前記廃棄物の総乾燥重量に基づいて、３０％超の１つ以上のセルロース材料を含む廃棄物材料を提供するステップであって、前記廃棄物が、８０％超が５ｍｍより大きく、９５％超が６０ｍｍより小さい粒径分布を有する、ステップと、
（ｉｉ）４～１６ｍｍの穴および２超の長さ比を有するペレタイザーに前記廃棄物材料を通して、４～１０ｍｍの穴および２超の長さ比を有する第２のペレタイザーにペレットを通して、４～１０ｍｍの直径および３～５０ｍｍの長さを有するペレットを提供するステップと、
（ｉｉｉ）前記ペレットをハンマーミルで粉砕して粉末状燃料を形成するステップと、を含み、
２５～７０重量％の前記粉末状燃料が２～３．１５ｍｍの間の粒径を有する、方法。

【請求項2】

前記ペレットが、８～４０ｋｇｆのカール硬度を有する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ペレットが、４７０ｇ／Ｌ以上のかさ密度を有する、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記粉末状燃料が、２２０ｇ／Ｌ以上のかさ密度を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記ペレットのカロリー量（ＬＣＶ）が、１９～２８ＧＪ／トンである、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記ペレットの水素含有量が、乾燥重量ペレットの７～８重量％の範囲である、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記ペレットの酸素含有量が、乾燥重量ペレットの２０～３０重量％の範囲である、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記ペレットが、
－前記ペレットの総乾燥重量に基づいて、４０～７０重量％の量の１つ以上の熱可塑性材料と、
－前記ペレットの総乾燥重量に基づいて、３０～５０重量％超の１つ以上のセルロース材料と、を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記ペレットが、６～１０ｍｍの直径および４～４０ｍｍの長さを有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

産業炉用燃料としての、請求項１～９のいずれか一項に記載の粉末状燃料の使用。

【請求項11】

産業炉を燃焼させる方法であって、
請求項１～９のいずれか一項に記載の粉末状燃料を提供するステップと、
前記粉末状燃料を前記産業炉の火炎に送り込むステップと、を含み、
前記粉末状燃料が、前記産業炉のエネルギー要件の７０％超を提供する量で使用される、方法。

【請求項12】

前記粉末状燃料が、前記産業炉のエネルギー要件の９０％超を提供する量で使用される、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記産業炉が、発電するための方法で使用される、請求項１１または１２に記載の方法。

【外国語明細書】