(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃プラスチック類と石炭ガス化炉より排出されるスラグ類、石炭ボイラから排出されるフライアッシュまたはボトムアッシュ、粘土等の無機鉱物、石炭等の微粉炭のうち少なくとも一つと予備混合するとともに、該予備混合して得られた混合物をさらに溶融混合して得た混合物を冷却した後、粉砕し、スラリ化または粉体化したものをガス化炉またはボイラ等の原燃料として使用するようにしたことを特徴とする廃プラスチックの利用方法。
【請求項２】
請求項１において、スラグ類、フライアッシュまたはボトムアッシュ、粘土等の無機鉱物、石炭等の微粉炭のうち少なくとも一つの混合割合を、廃プラスチック類７５重量％以上９７重量％以下とした場合に、スラグ類、フライアッシュまたはボトムアッシュ、粘土等の無機鉱物、石炭等の微粉炭のうち少なくとも一つを３重量％以上２５重量％以下としたことを特徴とする廃プラスチックの利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスラグ類、フライアッシュまたはボトムアッシュ、粘土等の無機鉱物等を利用し、廃プラスチック類の粉砕または粉砕スラリ化を容易にすることにより、ガス化炉またはボイラ等の原燃料への転換を可能とする廃プラスチックの利用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、一般廃棄物の埋立て処分場の容量不足や環境問題等により一般家庭および企業より排出される廃プラスチック類の再利用に対する社会的要求が高まってきた。このことから、廃プラスチック類を有効利用するための再処理によるリサイクル化や原燃料に利用すべく多くの提案がなされてきた。
【０００３】
これら廃プラスチック類を有効利用するための一つの方法として廃プラスチック類を様々な裁断機または粉砕機を使用して粉砕するか、触媒等を使用して化学反応を利用して液体にすることにより燃料化を図る方法が試みられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述したように、廃プラスチック類を様々な裁断機または粉砕機を使用して粉砕するか、あるいは触媒等を使用した場合、
▲１▼  廃プラスチック類の持つ熱可塑性や展伸性により、所望する粒径まで十分に細かく粉砕するためには、設備面で過大な投資が必要となる。
▲２▼  廃プラスチック類をスラリ化しようとした場合、特殊な分散剤を使用いなければならず、コスト的に高価になり経済的に成り立たない。
などの問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は石炭火力発電所や石炭ボイラで不要となったフライアッシュやボトムアッシュ、石炭ガス化炉から排出されるスラグ類を廃プラスチック類の粉砕媒体として再利用を図るとともに、一般家庭から廃棄されるペットボトル等プラスチック包装容器や企業から排出される商品価値が付加されない廃プラスチック類を容易に微粉砕し、スラリ化することにより、ガス化用原料や微粉炭ボイラ用燃料として提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の発明では、廃プラスチック類と石炭ガス化炉より排出されるスラグ類、石炭ボイラから排出されるフライアッシュまたはボトムアッシュ、粘土等の無機鉱物、石炭等の微粉炭のうち少なくとも一つと予備混合するとともに、該予備混合して得られた混合物をさらに溶融混合して得た混合物を冷却した後、粉砕し、スラリ化または粉体化したものをガス化炉またはボイラ等の原燃料として使用するようにした。また、第１の発明を主体とする第２の発明では、スラグ類、フライアッシュまたはボトムアッシュ、粘土等の無機鉱物、石炭等の微粉炭のうち少なくとも一つの混合割合を、廃プラスチック類７５重量％以上９７重量％以下とした場合に、スラグ類、フライアッシュまたはボトムアッシュ、粘土等の無機鉱物、石炭等の微粉炭のうち少なくとも一つを３重量％以上２５重量％以下とした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る廃プラスチックの利用方法を図面を用いて詳細に説明する。
【０００８】
図１は本発明に係るブロックフロー図、図２は本発明の廃プラスチックを用いた廃プラスチックスラリの製造説明図、図３は本発明の乾式の廃プラスチックを用いた原燃料の製造説明図、図４はペットボトルとスラグとの割合を変化したときの粉砕性を示す累積頻度分布曲線、図５はＣＯＭの温度が６５℃の場合の粘度とＰＥＴとファインスラグとの混合物の濃度との関係図である。
【０００９】
図１を用いて本発明を説明する。各種熱可塑性プラスチックや熱硬化性プラスチック等の廃プラスチック（▲１▼）とスラグ類、石炭ボイラから排出されるフライアッシュ、ボトムアッシュ、粘土等の無機鉱物、石炭等の微粉炭などの粉砕媒体（▲２▼）を所望される一定割合で混合し、廃プラスチックの混合物を得る。
【００１０】
該廃プラスチック混合物を、例えば射出成形機を用いて溶融混練（▲３▼）する。溶融混練された廃プラスチック混合物は、連続して射出成形機から機外に排出される。排出された溶融廃プラスチック混合物は、冷却器で所望の温度まで冷却（▲４▼）され、一定サイズの廃プラスチック混合物を得る。
【００１１】
この後、廃プラスチックスラリを製造する場合は、該廃プラスチック混合物に分散剤（▲５▼）やスラリ流動化媒体（▲６▼）などとともに、例えば湿式粉砕機に投入して湿式粉砕（▲７▼）を行う。こうして一定濃度の廃プラスチックスラリを得、ガス化炉やボイラなどへ原燃料としてスラリ燃焼（▲８▼）に供される。なお、スラリ用流動媒体には、水、油、オリマルジョン等が使用できる。
【００１２】
一方、乾式の廃プラスチックを用いた原燃料を製造する場合は、冷却器で所望の温度まで冷却（▲４▼）して得られた一定サイズの廃プラスチック混合物を、乾式粉砕機を用いて所望の粒径になるまで粉砕し（▲９▼）、粉砕された廃プラスチック混合物を圧縮された不活性ガスか、あるいは空気輸送手段などによりガス化炉やボイラなどへ原燃料として粉体燃焼（（１０））に供される。
【００１３】
【実施例】
具体的な実施例を図２に示す。図２はスラリ用流動媒体に水を使用した廃プラスチックスラリの製造説明図であり、例えば、ペットボトル（以下、ＰＥＴという）などの廃プラスチック２と例えばスラグ類などの粉砕媒体４を予め決められた混合割合にて、射出成形機６のホッパ８に投入可能となっている。
【００１４】
この場合、ホッパ８に投入される廃プラスチック２はホッパ８の下部のスロート部８ａを通過可能なサイズ程度に予め粉砕してあることが望ましい。該射出成形機６は図２に示す如く、円筒形状を有したバレル１０の外周には図示を省略した加熱ヒータが設けられている。
【００１５】
また、バレル１０の内部には回転かつ前後進自在な混練スクリュ１２がスクリュ軸に螺旋状に巻着されており、廃プラスチック２は遮止板１４で行き止まり、バレル１０の先端下部近傍には溶融混練された廃プラスチック２の排出口１６が配設されている。
【００１６】
該排出口１６の出口部には冷却コンベア１８が配設してある。この冷却コンベア１８を構成する薄板状のベルト２２は離間した２つのローラ２０間にエンドレス状に張架されており、図２に示す方向に回動するようになっている。
【００１７】
このベルト２２上には正方形または矩形状の格子状の枠が配設してあり、排出口１６から流出した溶融混練の廃プラスチック２は、格子状の枠によって堰止めされるとともに、ベルト２２の回動に伴ってベルト２２の上に載置された溶融混合済の廃プラスチック２は移動途中冷却手段によって冷却され、排出口１６の下部近傍に位置するベルト２２の始端側から冷却固化された正方形または矩形状の廃プラスチック片は終端側から排出されるようになっている。
【００１８】
符号２４は湿式粉砕機であり、ベルト２２から排出された廃プラスチック片が適量の分散剤２６や水２８とともに供給されるようになっている。この分散剤２６は高濃度化に伴なう粘度上昇を抑制するために使用される。分散剤２６としては、それ自体公知の物質を使用することができ、例えば、ナフタレンスルホン酸塩、石油スルホン酸塩、リグニンスルホン酸塩、及びこれらのホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル硫酸エステル塩、ポリグリセリンの硫酸化物、メラミン樹脂のスルホン酸塩、石炭抽出物のスルホン酸塩等を挙げることができる。
【００１９】
分散剤の使用量は、固体燃料となる廃プラスチック混合物・水スラリ１００重量部に対して、０．０１〜３重量部が適当である。また、前述した湿式粉砕機２４としては、ボールミル、チューブミル、アトリッションミル、ハンマーミルなどの公知の湿式粉砕機２４を挙げることができる。
【００２０】
本発明で得られる固体燃料・水スラリ中の固体燃料の含有量は、通常５０重量％以上、好ましくは、６０重量％以上である。この場合、固体燃料の濃度は、３０〜８０重量％、好ましくは、５０〜７０重量％が適当である。
【００２１】
本発明では、廃プラスチック２と粉砕媒体４との混合割合において、廃プラスチック２が７５重量％以下とすると、相対的に残りのスラグ類、フライアッシュ、またはボトムアッシュ、粘土等の無機鉱物、石炭等の微粉炭である粉砕媒体４は増加するため溶融した廃プラスチック２との十分な混合ができなくなる。
【００２２】
また、逆に廃プラスチック２の割合を９７重量％以上にすると粉砕媒体４が３重量％以下となり、廃プラスチック２の粉砕性が低下し、燃焼に適した所望の粒径が得られなくなる可能性がでる。このような問題点を解決しようとすると、特殊な粉砕機や大型の設備が必要となるなどの新たな問題を惹起することとなる。このような点を参酌して、廃プラスチック２と粉砕媒体４との混合割合を、廃プラスチック類７５重量％以上９７重量％以下、粉砕媒体４を３重量％以上２５重量％以下とした。粉砕媒体４としては、例えば、スラグ類、フライアッシュまたはボトムアッシュ、粘土等の無機鉱物、石炭等の微粉炭が考えられるが、これに限定されるものではない。
【００２３】
また、図４に示すように、固体燃料・水スラリ中の固体燃料粒子は、その幾何平均径が約１５０μｍ  、好ましくは１００〜２００μｍ  である。本発明の場合、廃プラスチック２と粉砕媒体４との混合割合において、例えば、ファインスラグ（石炭ガス化炉から排出される未燃炭分を多く含む幾何平均径が１．６８ｍｍ以下のスラグをいう）としての粉砕媒体４が１重量部に対して、ＰＥＴとしての廃プラスチックがそれぞれ４重量部（８０重量％）、５重量部（８３．３重量％）、１０重量部（９０．９重量％）、２０重量部（９５．２重量％）、３０重量部（９６．８重量％）の割合で混合したものを、同一条件下で粉砕性のテスト結果の比較を行ったところ、粉砕媒体４に対して廃プラスチック２の割合が高くなる程、粉砕性が低下し粒径が大きくなる傾向にある（表１参照）。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
この原因は、廃プラスチック２の割合が高いと、廃プラスチック２が弾性体の特性を有しているため、粉砕し難くなり粉砕性が低くなるためと考えられる。さらに、表２には、スラリ濃度を６７濃度％を一定とした場合、分散剤２６の使用量の違いや、廃プラスチック２と粉砕媒体４の混合比率によるスラリの流動性の良・悪が表示されている。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２に示すように、同一のスラリ濃度（６７重量％）であっても分散剤２６の使用量が少ない場合は、該スラリの流動性が悪くなる傾向がある。また、同一のスラリ濃度（６７重量％）と同一分散剤２６（０．２重量％）であっても、廃プラスチック２の混合割合が粉砕媒体４に対して増加するにしたがって、該スラリの流動性が悪くなる傾向がある。
【００２８】
このことから、ＰＥＴの処理量、ＰＥＴの粉砕性、スラリ濃度、分散剤の使用量、スラリの流動性などを参酌して総合的に勘案した場合、粉砕媒体４であるファインスラグを１重量部に対して、廃プラスチック２であるＰＥＴを１０重量部の割合で混合することが最も望ましい。
【００２９】
こうして製造された６７重量％の廃プラスチック混合物・水スラリは一旦貯蔵タンク３０に貯蔵される。そして、貯蔵された廃プラスチック混合物・水スラリは、適宜送給ポンプ３２によってバーナ３４に送給され燃焼に供される。
【００３０】
次に、図３を用いて乾式の廃プラスチックを用いた原燃料の製造を説明する。図２に示す廃プラスチックスラリの製造と同様に、ＰＥＴなどの廃プラスチック２と例えばスラグ類などの粉砕媒体４を予め決められた混合割合にて、射出成形機６のホッパ８に投入可能となっている。
【００３１】
この場合、ホッパ８に投入される廃プラスチック２はホッパ８の下部のスロート部８ａを通過可能なサイズ程度に予め粉砕してあることが望ましい。該射出成形機６は図２に示す如く、円筒形状を有したバレル１０の外周には図示を省略した加熱ヒータが設けられている。
【００３２】
また、バレル１０の内部には回転かつ前後進自在な混練スクリュ１２がスクリュ軸に螺旋状に巻着されており、バレル１０の先端下部近傍には溶融混練された廃プラスチック２の排出口１６が配設されている。
【００３３】
該排出口１６の出口部には冷却コンベア１８が配設してある。この冷却コンベア１８を構成する薄板状のベルト２２は離間した２つのローラ２０間にエンドレス状に張架されており、図３に示す方向に回動するようになっている。
【００３４】
このベルト２２上には正方形または矩形状の格子状の枠が配設してあり、排出口１６から流出した溶融混練の廃プラスチック２は、格子状の枠によって堰止めされるとともに、ベルト２２の回動に伴ってベルト２２の上に載置された溶融混合済の廃プラスチック２は移動途中冷却手段によって冷却され、排出口１６の下部近傍に位置するベルト２２の始端側から冷却固化された正方形または矩形状の廃プラスチック片は終端側から排出されるようになっている。
【００３５】
符号３６は乾式粉砕機であり、ベルト２２から排出された廃プラスチック片が乾式粉砕機６に供給されるようになっている。当該乾式粉砕機３６としては、ボールミル、チューブミル、アトリッションミル、ハンマーミルなどの公知の乾式粉砕機３６を挙げることができる。
【００３６】
廃プラスチック混合物は乾式粉砕機３６内で所定時間かけて幾何平均径が約１５０μｍ  、好ましくは１００〜２００μｍ  となるで粉砕される。粉砕された細かい被粉砕物は図示しない空気の吹き込みなどによって生じる気流などに同伴されて排出側から気流とともに排出され、気流に同伴されない粗い被粉砕物は引続き乾式粉砕機３６内に留まって所望の粒径になるまで粉砕される。
【００３７】
気流に同伴された細かい被粉砕物は図示しない例えばバッグフィルタなどの手段によって捕捉され、次の貯蔵タンク３８に貯蔵される。貯蔵タンク３８に貯蔵された被粉砕物はロータリバルブ４２によって送給配管４０と貯蔵タンク３８間をシールしつつ、貯蔵タンク３８内の被粉砕物は連続して排出されるようになっている。
【００３８】
ロータリバルブ４２を介して排出された被粉砕物は、送給配管４０内を流れる圧縮空気によって気流搬送されるようになっている。搬送された被粉砕物はバーナ４８を介して例えば、ボイラ４６などの原燃料として供されるのである。本実施例では、被粉砕物である廃プラスチック２と粉砕媒体４との混合物粉体をボイラ４６で燃焼処理するようにしたが、ボイラに限定することなくガス化炉などでガス化源としてもよい。
【００３９】
本実施例では粉砕媒体４として使用するファインスラグは、固定炭素６８．２重量％、アッシュ分２７．３重量％、揮発分４．５重量％の組成を有し、幾何平均径６９．８μｍの大きさである。当該ファインスラグは、高温・高圧のガス化炉へ供給された石炭または石油コークス・スラリが、炉内にて大部分は部分酸化反応によりガス化され、発生したＣＯ、Ｈ２  などのケミカルガスは、ガス化炉下部の急冷室にて急冷される。この場合、急冷室の下端域にはガス化反応の際、発生した未反応の固体燃料を含む副生スラグと水からなるスラリができ、このスラリは適宜な目開き、例えば１．１６８ｍｍ（１４メッシュ）のフルイで分別・脱水され、フルイを通過したファインスラグを含有するスラリのみが取り出されたものである。
【００４０】
次に、前述した固体燃料・水スラリとは別に、固体燃料・油スラリとしたいわゆるＣＯＭ（Ｃｏａｌ  Ｏｉｌ  Ｍｉｘｔｕｒｅ）についても実施した。
本実施例においては、固体燃料・水スラリの場合と同様に、溶融したペットボトルにファインスラグを添加し、冷却・固化した後、微粉砕し、引続きＣ重油を添加して、固体燃料・油スラリとする。
【００４１】
ファインスラグとしては、石油コークスのガス化の際に発生したものを使用し、ファインスラグ１重量部に対してＰＥＴ（ペットボトル）４重量部（８０重量％）からなる混合物とした。実験の結果、６５℃の場合におけるＣＯＭの場合、濃度と粘度の関係は下記表３のとおり。
【００４２】
【表３】
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【００４３】
また、ＣＯＭの場合、温度が６５℃以上に上昇すると粘度が低下するため、同一粘度を保持しようとすると、ＰＥＴとファインスラグとの混合物を相対的に増やすことができる。また、逆に、温度が６５℃以下に下降すると粘度が上昇するため、同一粘度を保持しようとすると、ＰＥＴとファインスラグとの混合物を相対的に減らすこととなるなどの特性を有する。図５はＣＯＭの温度が６５℃の場合の粘度とＰＥＴとファインスラグとの混合物の濃度との関係図を示し、表３をグラフ化したものである。実施例では、スラリ用流動媒体に水あるいはＣ重油による結果を示したが、本発明を実施するうえでは、これらに限定されるものではない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したことからも明らかなように、本発明では、廃プラスチックにファインスラグなどを混合することにより廃プラスチックの粉砕性が改善され、ボイラやガス化炉などの原燃料としての利用が可能となる。また、廃プラスチックの処理が可能となるため、産業廃棄物や一般廃棄物などのゴミの減量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るブロックフロー図である。
【図２】本発明の廃プラスチックを用いた廃プラスチックスラリの製造説明図である。
【図３】本発明の乾式の廃プラスチックを用いた原燃料の製造説明図である。
【図４】ペットボトルとスラグとの割合を変化したときの粉砕性を示す累積頻度分布曲線である。
【図５】ＣＯＭの温度が６５℃の場合の粘度とＰＥＴとファインスラグとの混合物の濃度との関係図である。
【符号の説明】
２  廃プラスチック
４  粉砕媒体
６  射出成形機
８  ホッパ
８ａ  スロート部
１０  バレル
１２  混練スクリュ
１４  蔽止板
１６  排出口
１８  冷却コンベア
２０  ローラ
２２  ベルト
２４  湿式粉砕機
２６  分散剤
２８  水
３０  貯蔵タンク
３２  送給ポンプ
３４  バーナ
３６  乾式粉砕機
３８  貯蔵タンク
４０  送給配管
４２  ロータリバルブ
４４  ブロア
４６  ボイラ
４８  バーナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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