(57)【要約】【課題】石膏廃材を焼成して無水石膏を焼成するにあたって、硫黄酸化物の発生を大幅に抑制することができ、高純度のＩＩ型無水石膏を低燃費で焼成する。【解決手段】内筒１２の内部で燃料Ｇを燃焼させて内筒１２の下部の開口部１５から燃焼ガスを噴出させ、内筒１２を囲繞し、下部１３ａが逆円錐状に形成された本体１３に石膏廃材Ｍを供給し、本体１３の内部で石膏廃材Ｍを３３０℃以上８４０℃以下に加熱しながら、燃焼ガスによって流動化させ、生じた無水石膏Ｐを本体１３の内部から外部に排出する。内筒１２及び本体１３を備える無水石膏焼成炉１から排出される燃焼ガスを集塵して捕集されるダストＤの７０質量％以上を、無水石膏焼成炉１に戻すこと、集塵を２段階で行い、前段の集塵を集塵効率９０％以上のサイクロン２で行うことが好ましい。【選択図】  図１
2005015263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒の内部で燃料を燃焼させて該内筒の下部の開口部から燃焼ガスを噴出させ、前記内筒を囲繞し、下部が逆円錐状に形成された本体に石膏廃材を供給し、該本体の内部で該石膏廃材を３３０℃以上８４０℃以下に加熱しながら、前記燃焼ガスによって流動化させ、生じた無水石膏を前記本体の内部から外部に排出することを特徴とする無水石膏の製造方法。
【請求項２】
前記内筒及び本体を備える無水石膏焼成炉から排出される燃焼ガスを集塵して捕集されるダストの７０質量％以上を、該無水石膏焼成炉に戻すことを特徴とする請求項１に記載の無水石膏の製造方法。
【請求項３】
前記集塵を２段階で行い、前段の集塵を集塵効率９０％以上のサイクロンで行うことを特徴とする請求項２に記載の無水石膏の製造方法。
【請求項４】
前記前段の集塵を行うサイクロンを、前記無水石膏焼成炉の直上に配置し、該サイクロンにて集塵したダストを輸送機を介さずに直接該無水石膏焼成炉に戻すことを特徴とする請求項３に記載の無水石膏の製造方法。
【請求項５】
下部に開口部を備えた内筒と、該内筒を囲繞し、下部が逆円錐状に形成された本体とを備え、前記内筒の内部で燃料が燃焼するとともに、前記開口部より燃焼ガスが噴出し、前記本体の内部に供給された石膏廃材が該本体の内部で加熱されながら、前記燃焼ガスによって流動化し、前記本体の内部から外部に無水石膏として排出される無水石膏焼成炉と、該無水石膏焼成炉から排出される燃焼ガスが導入され、該燃焼ガスに含まれるダストを第一段階で集塵する、該無水石膏焼成炉直上に配置されたサイクロンと、該サイクロンの排気を第二段階で集塵する集塵機とを備え、該サイクロン及び該集塵機で捕集したダストを該無水石膏焼成炉に戻す経路を有することを特徴とする無水石膏焼成システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石膏廃材を焼成して無水石膏、特にＩＩ型無水石膏を焼成する焼成システム及び無水石膏の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の石膏製品の需要の増加とともに、建築物の解体等に伴う石膏廃材の発生量が増加している。特に、建築現場等で発生する廃石膏ボードについては、解体時の分別が困難であったり、リサイクル市場が不足しているため、そのほとんどが埋立処分されている。
【０００３】
廃石膏ボードを埋め立てる場合には、管理型の産業廃棄物最終処分場で処分することとされている。そのため、処理コストの増大を招くとともに、最終処分場の涸渇化の問題があり、石膏廃材の有効利用が期待されている。
【０００４】
そこで、本出願人は、ロータリーキルンを用い、炉内温度を焼点温度５００〜１２００℃及び窯尻温度３００〜９５０℃に制御して石膏廃材を焼成することにより、ＩＩ型無水石膏の含有量が８０重量％以上、半水石膏とＩＩＩ型無水石膏の合計含有量が１０重量％以下、ＣａＯの含有量が１０重量％以下、及び全有機炭素量０．３重量％以下の無水石膏類を製造する技術を提案した（特許文献１参照）。
【０００５】
また、石膏廃材の有効利用に関する技術ではないが、特許文献２は、無孔の底、材料のための入口及び出口、並びに逆円錐形の容器の底に隣接して開いた熱ガス用の少なくとも１個の下方に向かって延設された管を有する容器を含む粒状材料熱処理装置において、底を管の近くの底で材料を制限するように形成し、ここで管から出る熱ガスが材料を加熱し、循環させるようにした装置、いわゆるコニカルケトル炉を用いて無水石膏を生成することの可能性に言及している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１４６４２０号公報
【特許文献２】
特開昭５５−９４６３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、原料に石膏廃材を用いて無水石膏を製造する場合には、従来のロータリーキルン等を用いて焼成すると、局所的に過剰に加熱される部分が生じ、石膏廃材に高性能減水剤として混和されているナフタレンスルホン酸基が分解されて硫黄酸化物が発生するおそれがあるという問題があった。また、石膏自体も、１０００℃以上に加熱すると、石膏が熱分解して大量に硫黄酸化物が発生するおそれがあるという問題があった。
【０００８】
さらに、ロータリーキルン、コニカルケトル炉等、使用する炉の種類に関わらず、製品として得られるＩＩ型無水石膏の純度を高く維持するとともに、燃費を低減することも要請されていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、硫黄酸化物の発生を大幅に抑制することができるとともに、高純度のＩＩ型無水石膏を得ることができ、燃費も低い無水石膏の製造方法及び無水石膏焼成システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、無水石膏の製造方法であって、内筒の内部で燃料を燃焼させて該内筒の下部の開口部から燃焼ガスを噴出させ、前記内筒を囲繞し、下部が逆円錐状に形成された本体に石膏廃材を供給し、該本体の内部で該石膏廃材を３３０℃以上８４０℃以下に加熱しながら、前記燃焼ガスによって流動化させ、生じた無水石膏を前記本体の内部から外部に排出することを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかる無水石膏の製造方法は、粉粒体を流動化状態として、高温の燃焼ガスを接触させて加熱する間接加熱方式を採用し、粉粒体層は完全混合状態となり、全体として略々均一な温度となり、局所的に過剰に加熱されることはないため、原料としての石膏廃材粉末が、石膏自体の分解温度（１０００℃以上）や、混和剤として含有されるナフタレンスルホン酸基の分解温度（８５０℃以上）に加熱されることを避けることができる。これによって、硫黄酸化物の発生を大幅に抑制することができる。ここで、石膏廃材粉末による粉粒体層温度を３３０℃〜８４０℃に制御し、２０分以上の滞留時間を与えることで、硫黄酸化物をほとんど発生させずに、石膏廃材中の２水石膏を完全にＩＩ型無水石膏化することができる。
【００１２】
前記内筒及び本体を備える無水石膏焼成炉から排出される燃焼ガスを集塵して捕集されるダストの７０質量％以上を、該無水石膏焼成炉に戻すことが好ましい。これによって、ＩＩ型無水石膏純度の低い飛散ダストを製品に混入することがなくなり、製品ＩＩ型無水石膏の高純度（９５質量％以上）が確保される。
【００１３】
前記集塵を２段階で行い、前段の集塵を集塵効率９０％以上のサイクロンで行うことが好適である。サイクロンで可能な限り高温でダストを回収することにより、ＩＩ型無水石膏製造の熱量原単位を低減することができる。
【００１４】
また、前記前段の集塵を行うサイクロンを、前記無水石膏焼成炉の直上に配置し、該サイクロンにて集塵したダストを輸送機を介さずに直接該無水石膏焼成炉に戻すこともできる。これによって、集塵したダストを無水石膏焼成炉に戻す経路を最短とすることができ、熱量原単位をさらに低減することができる。
【００１５】
さらに、本発明は、無水石膏焼成システムであって、下部に開口部を備えた内筒と、該内筒を囲繞し、下部が逆円錐状に形成された本体とを備え、前記内筒の内部で燃料が燃焼するとともに、前記開口部より燃焼ガスが噴出し、前記本体の内部に供給された石膏廃材が該本体の内部で加熱されながら、前記燃焼ガスによって流動化し、前記本体の内部から外部に無水石膏として排出される無水石膏焼成炉と、該無水石膏焼成炉から排出される燃焼ガスが導入され、該燃焼ガスに含まれるダストを第一段階で集塵する、該無水石膏焼成炉直上に配置されたサイクロンと、該サイクロンの排気を第二段階で集塵する集塵機とを備え、該サイクロン及び該集塵機で捕集したダストを該無水石膏焼成炉に戻す経路を有することを特徴とする。これによって、上述のように、硫黄酸化物の発生を大幅に抑制しながら、石膏廃材から高純度のＩＩ型無水石膏を低燃費で製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明にかかる無水石膏焼成システムの一実施の形態を示すフローチャートである。この無水石膏焼成システムは、無水石膏焼成炉１と、無水石膏焼成炉１から排出される燃焼ガスが導入され、この燃焼ガスに含まれるダストを集塵する高温集塵機としてのサイクロン２と、サイクロン２から排出されたガスに含まれるダストを集塵するバグフィルタ３と、集塵後の燃焼ガスを大気に放出するファン４と、バグフィルタ３で集塵したダストを無水石膏焼成炉１に戻すためのスクリューコンベア５と、無水石膏焼成炉１の本体１３に圧縮空気Ｃを供給するコンプレッサ６と、無水石膏焼成炉１の本体１３に燃焼用空気Ａを供給するためのルーツブロワ７と、無水石膏焼成炉１に石膏廃材Ｍを供給するためのホッパ８、スクリューフィーダ９、スクリューコンベア１０とで構成される。
【００１８】
無水石膏焼成炉１は、図２乃至図４に示すように、下部にスリット（開口部）１５を備えた内筒１２と、この内筒１２を囲繞するように、下部１３ａが逆円錐状に形成された本体１３とで構成される。
【００１９】
内筒１２は、本体１３の中央部に配置され、上部に燃焼用空気管１９を備え、内筒１２の中心軸に沿って、燃料としての都市ガスを供給するための燃料供給管１１が配置される。また、内筒１２の下端部には、複数のスリット１５が開設され、このスリット１５から燃焼ガスが本体１３内に噴出する。尚、内筒１２の内部は、燃焼熱によって１２００℃程度の高温に曝されるため、内筒の内壁を冷却することが好ましい。
【００２０】
燃焼用空気管１９は、内筒１２における燃料の燃焼用の空気を導入するために設けられ、図１に示したルーツブロワ７から空気が供給される。
【００２１】
燃料供給管１１は、上方から内筒１２の天板１２ａを貫通するように配置され、燃料供給管１１の下端部には、分割炎を得るための多孔板２２が設けられる。この燃料供給管１１は、上端部の一部を除き、燃料供給管１１へ内側から空気を導くための管２０によって囲繞されている。
【００２２】
本体１３は、上述のように、下部１３ａが逆円錐状に、上部１３ｂが円筒状に形成され、この本体１３の内部に供給された石膏廃材が燃焼ガスとの熱交換により無水石膏となる。本体１３の天板１３ｃを貫通するように、原料供給管１６、飛散ダスト戻し管１７が配置され、天板１３ｃには、さらに排気管１８が接続される。また、下部１３ａの内壁に沿って、圧縮空気を導入するためのエアーランス１４が配置される。下部１３ａと上部１３ｂとの境界付近が開口され、この開口部１３ｄに連通する製品排出管２３が設けられる。尚、本体１３の内部の温度を高く維持する場合には、本体１３の内壁に耐火物を配設する。
【００２３】
原料供給管１６は、石膏廃材を本体１３の内部に供給するために備えられ、原料供給用に、さらに飛散ダスト戻し管１７も備えられる。
【００２４】
排気管１８は、本体１３の内部と連通し、内筒１２で発生した燃焼ガスを本体１３の内部を介して系外に排出する。
【００２５】
エアーランス１４は、本体１３の下部１３ａの最下部に圧縮空気を導入するために備えられ、この圧縮空気によって製品としての無水石膏Ｐが排出される。
【００２６】
製品排出管２３は、開口部１３ｄから排出された製品としての無水石膏Ｐを系外に排出するために設けられる。
【００２７】
サイクロン２は、無水石膏焼成炉１から排出される燃焼ガスの温度が高い状態でこの燃焼ガスに含まれるダストを高効率で集塵するために設けられ、９０％以上の集塵効率であることが好ましい。また、サイクロン２から無水石膏焼成炉１にダストＤを戻すルートは、サイクロン２を無水石膏焼成炉１の直上に配置することにより、できるだけ短縮してダストの温度が低下することを防止し、ヒートロスを最小限に抑えることが好ましい。
【００２８】
次に、上記構成を有する無水石膏焼成システムの運転要領について、図１乃至図３を参照しながら説明する。
【００２９】
内筒１２の内部に燃焼用空気管１９を介して、ルーツブロワ７から燃焼用空気Ａを、燃料供給管１１を介して燃料としての都市ガスＧを供給する。都市ガスＧが内筒１２の内部で燃焼し、内筒１２の内部は、約１２００℃に維持される。一方、ホッパ８、スクリューフィーダ９、スクリューコンベア１０から、原料供給管１６を介して本体１３の内部に石膏廃材Ｍが供給される。本体１３の内部は、通常、４６０℃程度に制御されるが、石膏廃材または製品の種類に応じて３３０℃乃至８４０℃の範囲で変化させることができる。
【００３０】
内筒１２の内部で都市ガスＧが燃焼して発生した燃焼ガスは、スリット１５から本体１３の最下部に噴出する。この噴出した燃焼ガスにより石膏廃材Ｍが本体１３の下部３ａにおいて流動化し、燃焼ガスと熱交換する。熱交換が完了すると、石膏廃材Ｍは、製品としての無水石膏Ｐに変化し、エアーランス１４を介して導入されたコンプレッサ６からの圧縮空気Ｃにより流動化され、開口部１３ｄから製品排出管２３を介して系外に排出される。
【００３１】
一方、本体１３から排出された燃焼ガスは、サイクロン２に導入され、サイクロン２で集塵されたダストＤが無水石膏焼成炉１に戻される。また、サイクロン２から排出されたガスは、バグフィルタ３に導入され、バグフィルタ３で集塵されたダストＤもスクリューコンベア５を介して無水石膏焼成炉１に戻される。集塵後の燃焼ガスは、ファン４によって大気に放出される。
【００３２】
次に、本発明にかかる無水石膏の製造方法及び無水石膏焼成システムの試験例について説明する。
【００３３】
まず、実施例１〜３及び比較例１で用いる試験装置について、図５を参照しながら説明する。この試験装置は、無水石膏焼成炉３１の本体３３に燃焼用空気Ａを供給するためのルーツブロワ４１と、本体３３に石膏廃材Ｍを供給するための原料ホッパ４２、スクリューフィーダ４３、及びスクリューコンベア４４と、本体３３に圧縮空気Ｃを供給するコンプレッサ４０と、本体３３からの燃焼ガス中のダストを集塵して集塵したダストＤを本体３３または製品ホッパ４５に戻すためのサイクロン３５、バグフィルタ３６、及びスクリューコンベア３８、３９と、集塵後の燃焼ガスを大気に放出するファン３７とを備える。
【００３４】
無水石膏焼成炉３１は、下部のコーン部分の有効容積が１．５ｍ３で、上部円筒部分の内径が１，８５０ｍｍの試験用焼成炉である。また、無水石膏焼成炉３１からの排気経路に設けられたサイクロン３５は、集塵効率が９３％であって、これによって排気ガスの第一段集塵を行い、さらにバグフィルタ３６にて第二段集塵を行った後、ファン３７を介して排気ガスを大気に放出した。サイクロン３５及びバグフィルタ３６の捕集ダストＤは、合流した後、所定の割合をスクリューコンベア３９を介して無水石膏焼成炉３１に戻し、残部を製品に混入した。無水石膏焼成炉３１の運転条件は、炉出口粉粒体温度が４６０℃、炉出口ガス温度が４１０℃であり、時産０．７０ｔ−無水石膏／ｈを目標とした。
【００３５】
次に、実施例４で用いる試験装置について説明する。この試験装置の全体構成は、図１に示したシステムと同様であって、無水石膏焼成炉１は、上述の図５に示した無水石膏焼成炉３１と同じものを用いた。無水石膏焼成炉１の直上に集塵効率が９３％のサイクロン２を設け、炉排気ガスの第一段集塵を行い、さらにバグフィルタ３にて第二段集塵を行った後、ファン４を介して排気ガスを大気に放出した。サイクロン２の捕集ダストＤは、輸送機を介さず直接無水石膏焼成炉３１に全量戻した。また、バグフィルタ３の捕集ダストＤも、スクリューコンベア５を介して全量無水石膏焼成炉３１に戻した。無水石膏焼成炉１の運転条件は、炉出口粉粒体温度が４６０℃、炉出口ガス温度が４１０℃であり、時産０．７０ｔ−無水石膏／ｈを目標とした。
【００３６】
次に、比較例２で用いる試験装置について、図６を参照しながら説明する。この試験装置は、ロータリーキルン６１（内径１．３ｍ、長さ２０ｍ）と、ロータリーキルン６１に石膏廃材Ｍを供給するための原料ホッパ６２、スクリューフィーダ６３、及びスクリューコンベア６４と、ロータリーキルン６１からの燃焼ガス中のダストを集塵して集塵したダストＤをロータリーキルン６１に戻すサイクロン６５、バグフィルタ６６、及びスクリューコンベア６８、６９と、集塵後の燃焼ガスを大気に放出するファン６７とを備える。
【００３７】
サイクロン６５の集塵効率は９３％であり、このサイクロン６５でロータリーキルン６１からの排気ガスの第一段集塵を行い、さらにバグフィルタ６６にて第二段集塵を行った後、排気ガスをファン６７を介して大気に放出した。サイクロン６５及びバグフィルタ６６の捕集ダストＤは、合流させた後、全量をスクリューコンベア６９を介してロータリーキルン６１に戻した。ロータリーキルン６１の運転条件は、キルン落口粉粒体温度が５００℃、キルン排気ガス温度が２８０℃であり、時産２．１ｔ−無水石膏／ｈを目標とした。
【００３８】
次に、試験結果について説明する。上記試験装置を用い、石膏ボード廃材の破砕物から紙を選別・除去して得られた、表１の粒度分布を有する石膏廃材Ｍを、燃料として、ＬＰＧを用いて無水石膏を焼成した。その結果を表２に示す。尚、同表において、無水石膏焼成炉１、３１をコニカルケトル炉と表示する。
【００３９】
得られた焼成物は、その形態を粉末Ｘ線回折によって同定・定量し、ＣａＯの含有量をセメント協会標準試験方法に順じて測定した。また、全有機炭素量をカーボン分析計によって測定した。
【００４０】
【表１】
2005015263.tif 000003
【００４１】
【表２】
2005015263.tif 000004
【００４２】
本試験により、コニカルケトル型の炉を用いることにより、排ガス中の硫黄酸化物濃度を低減することができ、集塵ダストを７０質量％以上焼成炉に戻すことにより、製品中のＩＩ型無水石膏の純度を９５質量％以上とすることができ、第一段の集塵を行うサイクロンを、焼成炉の直上に設置し、その集塵ダストを直接炉に戻すことにより、熱量原単位を向上させることができることが判る。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる無水石膏の製造方法及び無水石膏焼成システムによれば、石膏廃材を焼成して無水石膏、特にＩＩ型無水石膏を焼成するにあたって、硫黄酸化物の発生を大幅に抑制することができ、高純度のＩＩ型無水石膏を低燃費で焼成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる無水石膏焼成システムの一実施の形態を示すフローチャートである。
【図２】図１の無水石膏焼成システムの無水石膏焼成炉の一実施の形態を示す一部破断正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である（但し、焼成用空気管１９及びエアーランス１４近傍については、Ａ−Ａ線断面となっていない）。
【図４】図２の無水石膏焼成炉の上面図である。
【図５】本発明にかかる無水石膏焼成システムの試験装置を示すフローチャートである。
【図６】ロータリーキルンを用いた無水石膏焼成試験装置を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１            無水石膏焼成炉
２            サイクロン
３            バグフィルタ
４            ファン
５            スクリューコンベア
６            コンプレッサ
７            ルーツブロワ
８            ホッパ
９            スクリューフィーダ
１０        スクリューコンベア
１１        燃料供給管
１２        内筒
１２ａ    天板
１３        本体
１３ａ    下部
１３ｂ    上部
１３ｃ    天板
１３ｄ    開口部
１４        エアーランス
１５        スリット
１６        原料供給管
１７        飛散ダスト戻し管
１８        排気管
１９        燃焼用空気管
２０        燃料供給管へ内側から空気を導くための管
２２        多孔板
２３        製品排出管
３１        無水石膏焼成炉
３２        内筒
３３        本体
３４        燃料供給管
３５        サイクロン
３６        バグフィルタ
３７        ファン
３８        スクリューコンベア
３９        スクリューコンベア
４０        コンプレッサ
４１        ルーツブロワ
４２        原料ホッパ
４３        スクリューフィーダ
４４        スクリューコンベア
４５        製品ホッパ
６１        ロータリーキルン
６２        原料ホッパ
６３        スクリューフィーダ
６４        スクリューコンベア
６５        サイクロン
６６      バグフィルタ
６７        ファン
６８        スクリューコンベア
６９        スクリューコンベア
Ａ            燃焼用空気
Ｃ            圧縮空気
Ｄ      ダスト
Ｇ            都市ガス
Ｍ            石膏廃材
Ｎ            液体窒素
Ｐ            無水石膏
【図１】
2005015263.tif 000005
【図２】
2005015263.tif 000006
【図３】
2005015263.tif 000007
【図４】
2005015263.tif 000008
【図５】
2005015263.tif 000009
【図６】
2005015263.tif 000010