(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含有する炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下の炭素繊維含有廃棄物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上からなり、揮発分が１５％を超えることを特徴とする燃料。
【請求項２】
炭素繊維含有廃棄物を、含有する炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下となるように粉砕し、
該粉砕物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、揮発分が１５％を超えるように混合することを特徴とする燃料の製造方法。
【請求項３】
炭素繊維含有廃棄物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、前記炭素繊維含有廃棄物が含有する炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下となり、かつ全体の揮発分が１５％を超えるように混合粉砕することを特徴とする燃料の製造方法。
【請求項４】
炭素繊維含有廃棄物を、含有する炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下となるように粉砕し、該粉砕物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、揮発分が１５％を超えるように混合し、該混合物を焼成炉へ投入し、焼成温度６００℃以上、酸素濃度１％以上で焼成することを特徴とする炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法。
【請求項５】
炭素繊維含有廃棄物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、前記炭素繊維含有廃棄物が含有する炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下となり、かつ全体の揮発分が１５％を超えるように混合粉砕し、該混合粉砕物を焼成炉へ投入し、焼成温度６００℃以上、酸素濃度１％以上で焼成することを特徴とする炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法。
【請求項６】
前記粉砕物、前記混合物又は前記混合粉砕物を、セメントキルンの窯前、窯尻又は主バーナの少なくとも一箇所から該セメントキルンに投入することを特徴とする請求項４又は５に記載の炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維を含む廃棄物から燃料を製造する方法、及びその方法で製造された燃料、並びに炭素繊維含有廃棄物を燃焼処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭素繊維強化プラスチック等が廃棄された際に生じる炭素繊維含有廃棄物は、廃プラスチックに分類され、埋立処分や焼却・燃焼処理されていた。例えば、特許文献１には、炭素繊維を含む廃プラスチックを平均粒径が３ｍｍ以下になるように粉砕し、セメントキルンの内部温度が１２００℃以上である位置に供給して燃焼させる処理方法が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、使用済み繊維強化プラスチック（以下「廃ＦＲＰ」という。）を破砕した後、セメント製造設備で熱源として利用することが記載されている。さらに、特許文献３には、塊状に破砕された廃ＦＲＰに石炭を同量以上混合し、この混合物を１ｍｍ以下に粉砕して混合粉末燃料を製造する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３１４６３号公報
【特許文献２】特開平６−８２４７号公報
【特許文献３】特開２００２−２０７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、廃棄物中の炭素繊維は燃焼性が悪いため、上記特許文献に記載の技術を用いて炭素繊維含有廃棄物を燃料等として利用しても焼成炉等において有効利用することは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、燃焼性の悪い炭素繊維を含む廃棄物を焼成炉等において有効利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究した結果、炭素繊維含有廃棄物中の炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下であっても微粉炭代替燃料として十分使用できる燃料を製造することができることを見い出した。
【０００８】
ここで、炭素繊維含有廃棄物とは、炭素繊維を用いた複合材料である炭素繊維強化プラスチックや炭素繊維強化炭素複合材料からなる航空・宇宙航空機、自動車、ゴルフクラブのシャフト等のスポーツ用品、建築材料、プラスチック製品、医療機器等の部品の廃棄物や、炭素繊維そのものを含む廃棄物をいう。尚、炭素繊維とは、アクリル繊維やピッチ等の原料を高温で炭化して得られた繊維であって、質量比で９０％以上が炭素で構成されるような繊維をいう。また、炭素繊維強化プラスチックとは、炭素繊維を織ってシート状にし、このシート状物に樹脂を含浸させた後、加熱して成形したものであり、炭素繊維強化炭素複合材料とは、炭素繊維強化プラスチックを熱処理して母材のプラスチックを炭化させたものであって、カーボンカーボン複合材料等と呼ばれるものである。
【０００９】
上記燃料と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを揮発分が１５％を超えるように混合して燃料とする。
【００１０】
ＡＳＲ（Automobile Shredder Residue）は、自動車を破砕した際に生じる残さであって、使用済みの自動車からドア、エンジン、エアバッグ等を取り外し、破砕して有用金属を回収した後の残さである。ＲＤＦ（Refuse Derived Fuel）は、生ごみやプラスチックごみ等の廃棄物の発熱量を調整して得られた固形化燃料である。また、ＲＰＦ（Refuse Paper & Plastic Fuel）は、民間企業から分別された不純物の少ない産業廃棄から得られた高カロリーの固形化燃料である。
【００１１】
また、炭素繊維含有廃棄物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、前記炭素繊維含有廃棄物が含有する炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下となり、かつ全体の揮発分が１５％を超えるように混合粉砕して燃料とすることもできる。
【００１２】
さらに、本発明は、炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法であって、炭素繊維含有廃棄物を、含有する炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下となるように粉砕し、該粉砕物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、揮発分が１５％を超えるように混合し、該混合物を焼成炉へ投入し、焼成温度６００℃以上、酸素濃度１％以上で焼成することを特徴とする。これにより、炭素繊維含有廃棄物中の炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下であっても、焼成炉において微粉炭代替燃料として有効利用することができる。
【００１４】
さらに、炭素繊維含有廃棄物と、ＡＳＲ、石炭、樹脂、廃プラスチック、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上とを、前記炭素繊維含有廃棄物が含有する炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下となり、かつ全体の揮発分が１５％を超えるように混合粉砕し、該混合粉砕物を前記焼成炉へ投入してもよい。
【００１５】
前記粉砕物、前記混合物又は前記混合粉砕物を、セメントキルンの窯前、窯尻又は主バーナの少なくとも一箇所から該セメントキルンに投入することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、燃焼性の悪い炭素繊維を含む廃棄物を焼成炉等において有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法の第１実施形態を実施するためのシステムの全体構成図である。
【図２】本発明に係る炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法の第２実施形態を実施するためのシステムの全体構成図である。
【図３】本発明に係る方法で製造した燃料と微粉炭等の燃焼性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法の第１実施形態を実施するためのシステムを示し、この処理システム１は、受け入れた炭素繊維含有廃棄物ＷＣを貯留するタンク２と、タンク２からの炭素繊維含有廃棄物ＷＣを段階的に破砕及び粉砕する二軸せん断破砕機４、カッターミル５及び縦型ミル６と、縦型ミル６からの粉砕物Ｐをセメント製造装置１０に投入する投入装置７とで構成される。
【００２０】
二軸せん断破砕機４は、２本の軸の各々に鋭利な回転刃が設けられ、処理対象物を噛み込んで破砕する装置である。二軸せん断破砕機４に代えて、一軸せん断破砕機、四軸せん断破砕機、ロールクラッシャー、インパクトクラッシャー等を用いてもよい。
【００２１】
カッターミル５は、ロータに装着されたカッタと、ケーシングに装着された固定刃とで、せん断力を利用して挟み切るように処理対象物を破砕する装置であって、衝撃力を受けても力を吸収したり、延びたりして細かく破砕することが困難な物を破砕するのに適する。カッターミル５に代えて、ロータリーミル、ハンマーミル等を用いてもよい。
【００２２】
縦型ミル６は、水平回転するテーブルと、テーブル凹部上面に沿うように取り付けられた複数のローラとを有し、テーブルとローラの間の処理対象物を粉砕する装置であって、粉砕された処理対象物はテーブルの外周方向に移動し、上昇気流でセパレータに運ばれて分級される。縦型ミル６に代えて、ボールミル、ディスクミル等を用いてもよい。
【００２３】
投入装置７には、スクリュー式、エゼクタ式の空気流動式のものや、ロータリフィーダ、スクリューフィーダ等が用いられる。
【００２４】
上記処理システム１によって得られた粉砕物Ｐを燃料として用いるセメント焼成装置１０は、セメント原料ＣＲを予熱するためサイクロンを多段に重ねたプレヒータ１６と、セメント原料ＣＲを仮焼する仮焼炉１５と、主バーナ１２等を備えてセメント原料ＣＲを焼成するセメントキルン（ロータリーキルン）１１と、セメントキルン１１から排出されたセメントクリンカを冷却するクリンカクーラ１３等で構成される。
【００２５】
次に、上記構成を有する処理システム１による炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法について説明する。
【００２６】
受け入れた炭素繊維含有廃棄物ＷＣをタンク２に一時的に貯留した後、二軸せん断破砕機４、カッターミル５及び縦型ミル６でこの順に、最終的に炭素繊維含有廃棄物ＷＣに含まれる炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下になるように粉砕する。
【００２７】
縦型ミル６からの粉砕物Ｐを、投入装置７を介してセメントキルン１１の窯前１１ａ、窯尻１１ｂに投入したり、主バーナ１２からセメントキルン１１内に投入して燃料として使用しセメント原料ＣＲを焼成する（図示例は、窯尻１１ｂに投入した場合を示している）。窯前１１ａ、窯尻１１ｂ、主バーナ１２のいずれか一箇所からセメントキルン１１に投入してもよく、複数箇所から投入してもよい。
【００２８】
尚、上記実施形態では、縦型ミル６からの粉砕物Ｐを投入装置７によってセメント製造装置１０に投入したが、縦型ミル６と投入装置７との間にタンクを設け、粉砕物Ｐを一旦タンクに貯留した後投入装置７でセメント製造装置１０に投入してもよい。
【００２９】
図２は、本発明に係る炭素繊維含有廃棄物の燃焼処理方法の第２実施形態を実施するためのシステムを示し、この処理システム２１は、炭素繊維含有廃棄物ＷＣを貯留するタンク２に加え、受け入れた樹脂ＷＲを貯留するタンク３を備え、二軸せん断破砕機４、カッターミル５及び縦型ミル６によってタンク２、３からの炭素繊維含有廃棄物ＷＣ及び樹脂ＷＲを段階的に破砕及び粉砕する点が図１に示した処理システム１と異なり、他の構成は処理システム１と同じである。そこで、処理システム２１において、処理システム１と同様の構成要素は、処理システム１と同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００３０】
上記構成を有する処理システム２１において、受け入れた炭素繊維含有廃棄物ＷＣと樹脂ＷＲとをタンク２、３に一時的に貯留した後、両者を二軸せん断破砕機４、カッターミル５及び縦型ミル６でこの順に、最終的に炭素繊維含有廃棄物ＷＣに含まれる炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下になるように混合粉砕する。また、混合粉砕物Ｍの揮発分が１５％を超えるように、二軸せん断破砕機４への炭素繊維含有廃棄物ＷＣ及び樹脂ＷＲの投入量を調節する。樹脂ＷＲには、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも使用することができる。
【００３１】
縦型ミル６からの混合粉砕物Ｍを、投入装置７を介してセメントキルン１１の窯前１１ａ、窯尻１１ｂに投入したり、主バーナ１２からセメントキルン１１内に投入して燃料として使用しセメント原料ＣＲを焼成する（図示例は、窯尻１１ｂに投入した場合を示している）。窯前１１ａ、窯尻１１ｂ、主バーナ１２のいずれか一箇所からセメントキルン１１に投入してもよく、複数箇所から投入してもよい。
【００３２】
尚、上記実施形態では、縦型ミル６からの混合粉砕物Ｍを投入装置７によってセメント製造装置１０に投入したが、縦型ミル６と投入装置７との間にタンクを設け、混合粉砕物Ｍを一旦タンクに貯留した後投入装置７でセメント製造装置１０に投入してもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、炭素繊維含有廃棄物ＷＣと樹脂ＷＲとを二軸せん断破砕機４、カッターミル５及び縦型ミル６で混合粉砕したが、炭素繊維含有廃棄物ＷＣのみをこれらの装置で粉砕し、炭素繊維含有廃棄物ＷＣに含まれる炭素繊維の平均繊維長が３００μｍ以上５００μｍ以下にした後、粉砕物を樹脂ＷＲと混合して混合物の揮発分が１５％を超えるようにしてもよい。
【００３４】
次に、本発明に係る炭素繊維廃棄物の燃焼処理方法の試験例について説明する。
【００３５】
参考例１〜５として、炭素繊維そのものの粉砕物と、炭素繊維の粉砕物とＡＳＲ、石炭、樹脂（エポキシ樹脂）、廃プラスチック（以下「廃プラ」という。）、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉の各々の混合物と、比較例１、２として２種類の微粉炭の燃焼性を比較した。これらの性状は表１に示す通りである。これらを別々に１４００℃、酸素濃度７％の電気炉内で燃焼させた。
【００３６】
【表１】
0006767088.tif 000002
【００３７】
図３は、上記試験結果を示し、グラフの横軸は炉内での滞留時間を、縦軸は試料の燃焼後の未燃炭素率を示す。図３から分かるように、参考例１の炭素繊維の粉砕物でも燃料ととして使用できる程度の燃焼性を示し、ＡＳＲ等と混合した参考例２〜５、及び実施例１では、さらに燃焼性が向上し、滞留時間が短いと微粉炭の燃焼性には及ばないが、滞留時間が０．８秒を超えると略々微粉炭並みに燃焼し、微粉炭代替燃料として十分使用でき、参考例６〜９、及び実施例２、３では、微粉炭と同等又は微粉炭以上の燃焼性を示すことが分かる。
【００３８】
尚、上記実施の形態においては、炭素繊維含有廃棄物ＷＣの粉砕物Ｐ、又は炭素繊維含有廃棄物ＷＣと樹脂ＷＲとの混合粉砕物Ｍをセメント焼成装置１０で燃焼処理（燃料として使用）する場合について説明したが、樹脂ＷＲ以外にも、ＡＳＲ、石炭、廃プラ、ＲＤＦ、ＲＰＦ、廃タイヤ、木屑、下水汚泥、廃油及び肉骨粉からなる群から選択される少なくとも一種以上を使用することができる。
【００３９】
また、上記炭素繊維含有廃棄物ＷＣの粉砕物Ｐ、及び混合粉砕物Ｍ等は、セメント焼成炉以外にも、焼成温度が６００℃以上で、酸素濃度が１％以上の他の焼成炉に投入して燃料として使用することができ、焼成炉以外の装置においても燃料として使用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１、２１  処理システム
２、３  タンク
４  二軸せん断破砕機
５  カッターミル
６  縦型ミル
７  投入装置
１０  セメント焼成装置
１１  セメントキルン
１２  主バーナ
１３  クリンカクーラ
１５  仮焼炉
１６  プレヒータ
ＣＲ  セメント原料
Ｍ  混合粉砕物
Ｐ  粉砕物
ＷＣ  炭素繊維含有廃棄物
ＷＲ  樹脂
【図１】
0006767088.tif 000003
【図２】
0006767088.tif 000004
【図３】
0006767088.tif 000005