特許 7413991 廃プラスチックの前処理方法及び前処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】廃プラスチックの前処理方法及び前処理装置

(51)【国際特許分類】

   B29B 17/02 20060101AFI20240109BHJP

   B29B 17/04 20060101ALI20240109BHJP

   B29B 17/00 20060101ALI20240109BHJP

   F23G 7/12 20060101ALI20240109BHJP

   F23G 5/02 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

B29B17/02 ZAB

B29B17/04

B29B17/00

F23G7/12 Z

F23G5/02 A

F23G5/02 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020212109

(22)【出願日】2020-12-22

(65)【公開番号】P2022098621

(43)【公開日】2022-07-04

【審査請求日】2023-02-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木ノ下 誠二

(72)【発明者】

【氏名】戸村 啓二

(72)【発明者】

【氏名】平山 敦

(72)【発明者】

【氏名】北出 伊吹

【審査官】中野 孝一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－６７０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－８８１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１０４０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６４－６７５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－４２４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１２７１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２６６３７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｂ１７／００－１７／０４

Ｃ０８Ｊ１１／００－１１／２８

Ｆ２３Ｇ５／００－７／１２

Ｂ０７Ｂ１／００－１５／００

Ｂ０９Ｂ１／００－５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流動層式焼却炉に助燃材として供給される廃プラスチックの前処理方法において、
前記廃プラスチックを破砕機により破砕して廃プラスチック破砕物とする破砕工程と、
前記廃プラスチック破砕物からポリ塩化ビニルを第一比重分離機により分離して除去し廃プラスチック被成形物を得る第一分離工程と、
前記廃プラスチック被成形物を圧縮成形機により圧縮成形して廃プラスチック成形物を生成する圧縮成形工程と、
前記廃プラスチック成形物を、第二比重分離機により、見掛け比重が０．７ｇ／ｃｍ^３以上の高比重廃プラスチック成形物と、見掛け比重が０．７ｇ／ｃｍ^３未満の低比重廃プラスチック成形物とに分離し、前記高比重廃プラスチック成形物を前記流動層式焼却炉に供給される助燃材として選択する第二分離工程と、
を有する廃プラスチックの前処理方法。

【請求項2】

前記第二分離工程で分離された前記低比重廃プラスチック成形物を前記圧縮成形機に戻し、前記圧縮成形工程で再度圧縮成形して前記高比重廃プラスチック成形物を生成す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前処理方法。

【請求項3】

流動層式焼却炉に助燃材として供給される廃プラスチックの前処理を行う装置において、
前記廃プラスチックを破砕して廃プラスチック破砕物とする破砕機と、
前記廃プラスチック破砕物からポリ塩化ビニルを分離して除去し廃プラスチック被成形物を得る第一比重分離機と、
前記廃プラスチック被成形物を圧縮成形して廃プラスチック成形物を生成する圧縮成形機と、
前記廃プラスチック成形物を、見掛け比重が０．７ｇ／ｃｍ^３以上の高比重廃プラスチック成形物と、見掛け比重が０．７ｇ／ｃｍ^３未満の低比重廃プラスチック成形物とに分離し、前記高比重廃プラスチック成形物を前記流動層式焼却炉に供給される助燃材として選択する第二比重分離機と、
を有する廃プラスチックの前処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、廃プラスチックの前処理方法及び前処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、汚泥等の被焼却物を効率よく、確実かつ短時間に完全燃焼させる焼却炉として流動層式焼却炉が多用されている。この流動層式焼却炉で焼却処理されている脱水汚泥は、脱水後でも含水率が高いため自燃しない場合が多く、炉内における流動層の砂層温度を汚泥の燃焼に適した温度に維持するために、灯油や都市ガス、Ａ重油といった化石燃料を助燃材として使用し、砂層内で燃焼させているが、運転にかかるコストが高くなってしまうという課題がある。

【0003】

一方で、近年、廃プラスチックの処理が課題となっており、それを有効利用できる場が求められているのは、周知の事実である。そこで、特許文献１では、流動層式汚泥焼却炉で、廃プラスチックと汚泥とを混在した状態で焼却させることを提案している。この特許文献１によれば、汚泥の焼却に際して、廃プラスチックを助燃材として有効利用し、かつ処分することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１１－１８２８３４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

また、特許文献１に開示された廃プラスチックのような固形の助燃材の場合、流体である化石燃料のように流動層の砂層内へ直接吹き込むことが物理的に困難であるため、流動層式汚泥焼却炉の上部（少なくとも、流動層形成域よりも上方）から流動層内へ供給する必要がある。

【0006】

しかしながら、廃プラスチックは、それ自体の比重が流動層の砂粒子の比重よりも小さいので、流動層内へ向け降下する間に、流動層表面（層上面）付近で速やかに燃焼してしまい、流動層に対して上方の空間であるフリーボード部の温度は上がるものの砂層全体への着熱が良好とはいえなかった。それ故に、流動層温度の低下を招き、汚泥の燃焼に支障が出るという課題があった。さらに、廃プラスチックには一定量の塩素が不均一に含まれているため、使用する廃プラスチックによっては、短期的に焼却時に発生する塩化水素の濃度が高くなり、炉出口以降の後燃焼設備の腐食が進行するという課題を有していた。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、後燃焼設備への影響を最小限に抑制するとともに、助燃材としての廃プラスチックが炉内の流動層内部へ速やかに到達して炉内の流動層への着熱効率を向上させることが可能な廃プラスチックの前処理方法及び前処理装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によれば、前述の課題は、次の廃プラスチックの前処理方法及び廃プラスチックの前処理装置により解決される。

【0009】

＜廃プラスチックの前処理方法＞
流動層式焼却炉に助燃材として供給される廃プラスチックの前処理方法において、前記廃プラスチックを破砕機により破砕して廃プラスチック破砕物とする破砕工程と、前記廃プラスチック破砕物からポリ塩化ビニルを第一比重分離機により分離して除去し廃プラスチック被成形物を得る第一分離工程と、前記廃プラスチック被成形物を圧縮成形機により圧縮成形して廃プラスチック成形物を生成する圧縮成形工程と、前記廃プラスチック成形物を、第二比重分離機により、見掛け比重が０．７ｇ／ｃｍ^３以上の高比重廃プラスチック成形物と、見掛け比重が０．７ｇ／ｃｍ^３未満の低比重廃プラスチック成形物とに分離し、前記高比重廃プラスチック成形物を前記流動層式焼却炉に供給される助燃材として選択する第二分離工程と、を有する廃プラスチックの前処理方法。

【0010】

本発明において、前記第二分離工程で分離された前記低比重廃プラスチック成形物を前記圧縮成形機に戻し、前記圧縮成形工程で再度圧縮成形して前記高比重廃プラスチック成形物を生成することが好ましい。

【0011】

＜廃プラスチックの前処理装置＞
流動層式焼却炉に助燃材として供給される廃プラスチックの前処理を行う装置において、前記廃プラスチックを破砕して廃プラスチック破砕物とする破砕機と、前記廃プラスチック破砕物からポリ塩化ビニルを分離して除去し廃プラスチック被成形物を得る第一比重分離機と、前記廃プラスチック被成形物を圧縮成形して廃プラスチック成形物を生成する圧縮成形機と、前記廃プラスチック成形物を、見掛け比重が０．７ｇ／ｃｍ^３以上の高比重廃プラスチック成形物と、見掛け比重が０．７ｇ／ｃｍ^３未満の低比重廃プラスチック成形物とに分離し、前記高比重廃プラスチック成形物を前記流動層式焼却炉に供給される助燃材として選択する第二比重分離機と、を有する廃プラスチックの前処理装置。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、後燃焼設備への影響を最小限に抑制するとともに、助燃材としての廃プラスチックが炉内流動層内部へ速やかに到達して炉内の流動層への着熱効率を向上させることが可能な廃プラスチックの前処理方法及び前処理装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る汚泥焼却炉及び排ガス処理設備を示す構成図である。

【図2】廃プラスチックの前処理装置の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。

【0015】

図１は、本実施形態における前処理工程を受けた廃プラスチック助燃材を用いる汚泥焼却炉（以下、「焼却炉」）１及び排ガス処理設備の構成を示す。本実施形態では、焼却炉１は砂層により流動層を形成する流動層式である。

【0016】

図１において、焼却炉１の下流側には、焼却炉１から排気される排ガスについて熱回収する熱交換器３、排ガスを除塵する除塵装置４、除塵後の排ガスを洗煙する洗煙塔５が順次配設されている。図１に示されているように、熱交換器３は焼却炉１の後述の排気部１Ａに煙道Ａで接続されており、除塵装置４は熱交換器３に煙道Ｂで接続されており、洗煙塔５は除塵装置４に煙道Ｃで接続されている。また、洗煙塔５からは煙道Ｄが延びており、洗煙塔５は下流側に位置する煙突（図示せず）に接続されている。

【0017】

焼却炉１の炉本体１－０の側壁には、被焼却物としての汚泥を外部から受けて炉本体１－０内へ供給する汚泥供給部１Ｂと、助燃材を外部から受けて炉本体１－０内へ供給する助燃材供給部１Ｃが設けられている。助燃材供給部１Ｃは、化石燃料助燃材を供給する化石燃料供給部１Ｃ－１と、廃プラスチック助燃材を供給する廃プラスチック供給部１Ｃ－２とを有している。図１に見られるように、汚泥供給部１Ｂは、炉本体１－０の上部に設けられている。化石燃料供給部１Ｃ－１は、炉本体１－０の上下方向での中間部にあって、炉本体１－０内の砂層（流動層）の表面（上面）より若干下方に位置している。廃プラスチック供給部１Ｃ－２は、炉本体１－０の上下方向での中間部にあって、炉本体１－０内の砂層の表面より若干上方に位置している。助燃材供給部１Ｃには、助燃材の供給量を調整する弁等の調整器１Ｊが設けられている。調整器１Ｊは、化石燃料供給部１Ｃ－１に接続された化石燃料供給調整器１Ｊ－１と、廃プラスチック供給部１Ｃ－２に接続された廃プラスチック供給量調整器１Ｊ－２とを有している。

【0018】

廃プラスチック供給部１Ｃ－２は、原材料としての廃プラスチックを炉本体１－０へ供給する前に助燃材として適切な性状とするために前処理する後述の前処理装置２に接続されていて、前処理後の廃プラスチック助燃材を受けるようになっている。

【0019】

焼却炉１の炉本体１－０内には、炉本体１－０の底壁１Ｄの直上位置に板状の透気部材１Ｅが設けられていて、透気部材１Ｅ上に収められた砂によって砂層が形成されている。砂層を形成する砂は、例えば、珪砂である。この透気部材１Ｅの下方に位置する下方空間１Ｆへ外部から燃焼用の空気が空気送入部１Ｇを経て送入されており、送入された空気は透気部材１Ｅの透気孔を透気して砂層へ流入している。透気部材１Ｅ上の砂層は、透気部材１Ｅを透気した空気により流動して流動層１Ｈを形成する。

【0020】

図２は、廃プラスチックの前処理装置２の構成図である。前処理装置２は、原材料としての廃プラスチックＰＯを適宜破砕して廃プラスチック破砕物Ｐ１とする破砕機２Ａと、廃プラスチック破砕物Ｐ１から比重の大きいポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を分離・除去して廃プラスチック被成形物Ｐ２を得る第一比重分離機２Ｂと、廃プラスチック被成形物Ｐ２を受けてこれを圧縮成形して廃プラスチック成形物Ｐ３を得る圧縮成形機２Ｃと、廃プラスチック成形物Ｐ３を所定の見掛け比重以上の高比重廃プラスチック成形物Ｐ４と、所定の見掛け比重未満の低比重廃プラスチック成形物Ｐ５に分離する第二比重分離機２Ｄとを有している。第二比重分離機２Ｄは、高比重廃プラスチック成形物Ｐ４を焼却炉１に供給される助燃材として選択して排出する一方で、低比重廃プラスチック成形物Ｐ５を圧縮成形機２Ｃへ戻す。

【0021】

この前処理装置２にあっては、まず、前処理すべき原材料としての廃プラスチックＰＯが破砕機２Ａへ投入され破砕されて、成形に適切なサイズの廃プラスチック破砕物Ｐ１とされる（破砕工程）。ここで、廃プラスチックＰＯは、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＰＥＴ等の多種のプラスチックの混合物である。また、この廃プラスチックＰＯ中には、多量の塩素を含んでいるＰＶＣも混在している。

【0022】

破砕機２Ａで得られた廃プラスチック破砕物Ｐ１には、ＰＶＣが混在している。このＰＶＣは、多量の塩素を含んでおり、焼却炉内で燃焼することで排ガス中の塩化水素濃度を高めてしまうので助燃材として適さない。このＰＶＣは他のプラスチックに比し、比重が大きいので、第一比重分離機２Ｂにより分離除去される（第一分離工程）。第一比重分離機２Ｂについては、その比重分離の方式に限定はないが、例えば、比重分離機としてのエアーテーブル（図示せず）を用いることができる。このエアーテーブルは、多孔の傾斜板上に廃プラスチック破砕物Ｐ１を載置した状態で、傾斜板をその板面に平行な方向に振動させつつ、傾斜板の下方から空気を流し、傾斜板上の廃プラスチック破砕物Ｐ１に浮遊力を与え、廃プラスチック破砕物Ｐ１の中の重量物を上方に、軽量物を下方に分離する。本実施形態では、ＰＶＣを重量物として分離して除去することで、軽量物である他の廃プラスチックを廃プラスチック被成形物Ｐ２として得る。この廃プラスチック被成形物Ｐ２は、圧縮成形機２Ｃへ送られる。

【0023】

このように、本実施形態では、第一比重分離機２ＢによりＰＶＣが除去されるので、焼却炉１内へ供給される助燃材に含まれるＰＶＣが大幅に低減される。その結果、炉内で発生する塩化水素の濃度が低くなり、炉出口以降の後燃焼設備の腐食の進行を抑制できる。

【0024】

圧縮成形機２Ｃは、圧縮成形工程として、廃プラスチック被成形物Ｐ２を圧縮して比重を高めるとともに、適宜なサイズの粒状物とする装置であり、その形式に限定はないが、例えば、リングダイ式の成形機を（図示せず）を用いることができる。

【0025】

圧縮成形機２Ｃとしてのリングダイ式の成形機は、円筒状の回転ダイと、回転ダイの内面に接面あるいは近接して定位置で転動するローラと、回転ダイの外面に位置するカッタとを有しており、回転ダイには周方向での複数位置に半径方向で貫通する成形孔が形成されている。この成形機では、回転ダイの内部へ粒状の廃プラスチック被成形物Ｐ２が投入されると、回転ダイの内面で廃プラスチック被成形物Ｐ２がローラにより圧せられて、回転ダイの回転に伴い、上記成形孔から回転ダイの外面へ押し出される。回転ダイの成形孔から押し出された圧縮成形物は、回転ダイの回転に伴い回転ダイに対し相対動するカッタにより切断され、所定のサイズの廃プラスチック成形物Ｐ３となる。廃プラスチック成形物Ｐ３のサイズは、回転ダイの外面に対するカッタの位置を変更することにより所定値に設定できる。

【0026】

回転ダイの外面から落下する所定サイズの廃プラスチック成形物Ｐ３は、第二比重分離機２Ｄに送られる。第二比重分離機２Ｄとしては、第一比重分離機２Ｂと同じ原理の装置を用いることができる。第二比重分離機２Ｄは、廃プラスチック成形物Ｐ３を、所定の見掛け比重以上の高比重廃プラスチック成形物Ｐ４と所定の見掛け比重未満の低比重廃プラスチック成形物Ｐ５に分離する（第二分離工程）。第二比重分離機２Ｄは、高比重廃プラスチック成形物Ｐ４を焼却炉１に供給される助燃材として選択して排出する。

【0027】

本実施形態では、上述の所定の見掛け比重は０．７ｇ／ｃｍ^３に設定されている。その理由は、廃プラスチック成形物の見掛け比重が０．７ｇ／ｃｍ^３以上であれば、焼却炉１へ助燃材として供給された後、炉内の流動層内部へ十分かつ速やかに到達し、流動層への着熱効率を向上させることができるからである。なお、高比重廃プラスチック成形物Ｐ４の見掛け比重の上限値は、高比重廃プラスチック成形物Ｐ４に含まれる主なプラスチックの真比重とほぼ等しい。例えば、高比重廃プラスチック成形物Ｐ４の主なプラスチック成分がＰＥやＰＰである場合には、見掛け比重の上限値は約０．９８ｇ／ｃｍ^３である。

【0028】

第二比重分離機２Ｄから排出された高比重廃プラスチック成形物Ｐ４は、廃プラスチック供給量調整器１Ｊ－２で供給量を調整され、廃プラスチック供給部１Ｃ－２によって焼却炉１内へ供給される。一方、低比重廃プラスチック成形物Ｐ５は圧縮成形機２Ｃへ戻され、再度、廃プラスチック成形物Ｐ３の生成に供される。

【0029】

次に、このような構成の本実施形態における焼却炉１による汚泥焼却要領を説明する。

【0030】

焼却炉１の炉本体１－０内には、透気部材１Ｅ上に流動層１Ｈを形成するための砂が収められている。空気送入部１Ｇを経て外部から下方空間１Ｆへ送入される燃焼用の空気が透気部材１Ｅを透気して上昇することにより透気部材１Ｅ上で砂が流動して流動層１Ｈが形成される。

【0031】

化石燃料供給部１Ｃ－１からは化石燃料助燃材が、また、廃プラスチック供給部１Ｃ－２からは廃プラスチック助燃材、すなわち高比重廃プラスチック成形物Ｐ４が、それぞれ炉本体１－０内へ供給されて燃焼しているので、流動層１Ｈは所定の高温状態となっている。本実施形態では、化石燃料助燃材は、廃プラスチック助燃材の補助として使用され、可能な限り廃プラスチック助燃材が主として用いられる。

【0032】

この流動層１Ｈへ向け、汚泥供給部１Ｂから汚泥が落下供給される。汚泥は高温の流動層１Ｈ内を砂とともに流動している間に燃焼する。汚泥の燃焼により生じる排ガスは、排気部１Ａから煙道Ａを通り、熱交換器３で熱回収された後、煙道Ｂを通り、除塵装置４で除塵され、さらに、煙道Ｃを通り、洗煙塔５で洗煙されてから、煙道Ｄを通り、無害化された状態で煙突から大気へ放出される。

【符号の説明】

【0033】

２ 前処理装置
２Ａ 破砕機
２Ｂ 第一比重分離機
２Ｃ 圧縮成形機
２Ｄ 第二比重分離機
ＰＯ 廃プラスチック（原材料）
Ｐ１ 廃プラスチック破砕物
Ｐ２ 廃プラスチック被成形物
Ｐ３ 廃プラスチック成形物
Ｐ４ 高比重廃プラスチック成形物
Ｐ５ 低比重廃プラスチック成形物

【図1】

【図2】