(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素含有可燃物を、塩化物形成金属を含有する無機粉末と共に加熱分解し、生成した可水性金属塩化物を分離する脱塩処理方法において、塩素含有可燃物と上記無機粉末とを、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気という低酸素雰囲気下、塩化水素濃度を２０％以上７３％以下として、３００℃以上〜８００℃以下の温度で反応させ、生成した可水性金属塩化物を水洗除去した後に上記無機粉末を回収し、セメント原料の一部として利用することを特徴とするセメント原料化方法。
【請求項２】
塩素含有可燃物と塩化物形成金属を含有する無機粉末とを、４００℃〜７００℃、塩化水素のピーク濃度３０％以上で加熱反応させる請求項１のセメント原料化方法。
【請求項３】
加熱炉を用い、炉中央部の塩化水素濃度２０％以上および炉内温度４００℃〜７００℃で加熱反応させる請求項１または２のセメント原料化方法。
【請求項４】
加熱炉として外熱キルンを用い、熱分解ガスを炉内に１分以上滞留させて金属塩化物を生成させる請求項１、２または３のセメント原料化方法。
【請求項５】
塩素含有可燃物から発生した可燃性ガスを外熱キルンの熱源として利用する請求項４のセメント原料化方法。
【請求項６】
塩素含有可燃物が塩化ビニル樹脂を含有する廃プラスチックである請求項１〜５の何れかに記載するセメント原料化方法。
【請求項７】
無機粉末がアルカリ金属を含有するガラス粉末、ないし廃ガラス粉末である請求項１〜６の何れかに記載するセメント原料化方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかの方法によって回収された熱分解残渣を含む無機粉末からなり、塩素含有量２０００ppm以下、かつアルカリ含有率１％以下であるセメント原料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塩素含有可燃物とアルカリ金属等を含有する無機粉末とを同時に処理し、塩素およびアルカリの少ないセメント原料を製造する方法、およびこの方法によって得たセメント原料に関する。本発明によれば、廃ガラスや塩化ビニル樹脂等の塩素系樹脂廃棄物を利用してアルカリおよび塩素の少ないセメント原料を得ることができ、また塩素系樹脂の熱分解によって発生した可燃性ガスを再び塩素系樹脂の熱分解に利用して経済性良くセメント原料を得ることができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大量の樹脂廃棄物が埋め立て処分されているが、樹脂組成物は炭素分を多く含むことから、最近、これを燃料として再利用する試みがなされている。ところが、樹脂廃棄物のかなりの部分を占める塩化ビニル廃材には塩素が含まれているため、不用意に燃焼するとダイオキシンを発生する等の問題がある。
【０００３】
そこで、塩化ビニル等の塩素含有可燃物を石灰等と一緒に乾留することによって塩素成分をガス化して除去し、乾留残渣から炭素分を抽出して固形燃料を得る方法が知られている（特開平９−２２７８８２号）。この他に、塩化ビニル等の塩素含有可燃物に生石灰等を混合し、これを不活性雰囲気下、３５０℃未満の温度で加熱することによって、可水性塩化物を生成させて脱塩すると共に可燃性有機成分の大部分を回収して固形燃料とする方法が提案されている（特開平１１−１１６９７９号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方法は、塩化ビニル等の廃棄物を燃料化するために有価の生石灰等を大量に使用しており、コストの面で不利であると共に、廃棄物の有用資源化を図る観点からも不十分である。
【０００５】
本発明は、従来の方法における上記問題を解決したものであり、有価の生石灰等に代えて、廃ガラス等の廃棄物を使用することによって塩素含有可燃性廃棄物の脱塩熱分解を行い、塩素残量の少ないセメント原料を回収できるようにしたものである。すなわち、本発明は、塩化ビニル廃材等の塩素含有可燃物を廃ガラス粉末等と一緒に加熱し、廃ガラスに含まれるアルカリ金属等と可燃物の塩素成分とを反応させて脱塩する処理方法において、加熱雰囲気、加熱温度、および好ましくは塩化水素濃度と熱分解ガスの炉内滞留時間などを制御することによって、生石灰や消石灰並みに脱塩効果を高めると共に可燃物の発熱量を有効に利用して反応を促進し、セメント原料を得ることができるセメント原料化方法、およびその原料を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
すなわち、本発明によれば、以下の構成からなるセメント原料化方法とこの方法による原料が提供される。
（１）塩素含有可燃物を、塩化物形成金属を含有する無機粉末と共に加熱分解し、生成した可水性金属塩化物を分離する脱塩処理方法において、塩素含有可燃物と上記無機粉末とを、低酸素雰囲気下、３００℃以上〜８００℃以下の温度で反応させ、生成した可水性金属塩化物を水洗除去した後に上記無機粉末を回収し、セメント原料の一部として利用することを特徴とするセメント原料化方法。
（２）塩素含有可燃物と塩化物形成金属を含有する無機粉末とを、４００℃〜７００℃、塩化水素のピーク濃度１０％以上で加熱反応させる上記(1)のセメント原料化方法。
（３）加熱炉を用い、炉中央部の塩化水素濃度１０％以上および炉内温度４００℃〜７００℃で加熱反応させる上記(1)または(2)のセメント原料化方法。、
（４）加熱炉として外熱キルンを用い、熱分解ガスを炉内に１分以上滞留させて金属塩化物を生成させる上記(1)、(2)または(3)のセメント原料化方法。
（５）塩素含有可燃物から発生した可燃性ガスを外熱キルンの熱源として利用する上記(4)のセメント原料化方法。
（６）  塩素含有可燃物が塩化ビニル樹脂を含有する廃プラスチックである上記(1)〜(5)の何れかに記載するセメント原料化方法。
（７）無機粉末がアルカリ金属を含有するガラス粉末、ないし廃ガラス粉末である上記(1)〜(6)の何れかに記載するセメント原料化方法。
（８）上記(1)〜(7)の何れかの方法によって回収された熱分解残渣を含む無機粉末からなり、塩素含有量２０００ppm以下、かつアルカリ含有率１％以下であるセメント原料。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のセメント原料化方法は、塩素含有可燃物を、塩化物形成金属を含有する無機粉末と共に加熱して可水性金属塩化物を生成させ、これを分離する脱塩処理方法において、塩素含有可燃物と上記無機粉末を、低酸素雰囲気下、３００℃以上〜８００℃以下の温度で反応させ、生成した金属塩化物を水洗除去した後に上記無機粉末を回収してセメント原料の一部として利用することを特徴とする方法である。さらに、好ましくは、塩素系樹脂の熱分解によって発生した可燃性ガスを再び塩素系樹脂の熱分解に利用する方法である。
【０００８】
本発明において用いる塩素含有可燃物とは塩素成分を含有する可燃性材料であり、例えば、塩化ビニルなどの塩素系樹脂である。この塩素系樹脂は塩化ビニル廃棄物などの廃プラスチックを用いることができる。また、塩化物形成金属を含有する無機粉末とは塩素系樹脂等の加熱によって発生する塩素ガスや塩化水素ガスと反応して可水性塩化物を形成する金属を含有する無機粉末であり、例えば、アルカリ金属を含有するガラス粉末である。このガラス粉末は廃ガラスを用いることができる。
【０００９】
塩素含有可燃物と上記無機粉末とを、低酸素雰囲気下で３００℃以上〜８００℃以下の温度で加熱分解する。好ましくは４００℃以上〜７００℃以下が良い。加熱温度が３００℃未満であると可燃物から発生する塩素ガスや塩化水素ガスなどの塩素系ガスとガラス粉末に含まれるアルカリ金属等との反応が十分に進行せず、また塩素系樹脂の熱分解による可燃性ガスの発生も不十分で、加熱用燃料としての利用ができない。また、加熱温度が８００℃より高いとガラス粉末の表面が溶融し、この場合もガラス粉末内部のアルカリ金属と塩素系ガスとの反応が十分に進行しない。なお、加熱炉として外熱ロータリーキルン等を用いる場合には、一般にキルンの入口は常温になり、出口温度は最高温度になるので、出口近傍の炉内温度を基準にするのが好ましい。
【００１０】
加熱雰囲気は不活性ガスあるいは窒素ガスなどの低酸素雰囲気である。これらを低酸素雰囲気下で加熱分解する手段として、好ましくは例えば外熱キルンを用いる。低酸素雰囲気下で塩素含有可燃物を加熱分解することにより、高濃度の塩化水素ガスおよび可燃性ガスが加熱炉内に滞留する。塩化水素の濃度は炉内で必ずしも均一ではないのが、そのピーク濃度が１０％以上、好ましくは３０％以上になるように制御するのが良い。加熱炉として外熱キルンを用いる場合、炉中央部の塩化水素濃度がほぼピーク濃度になるので、炉中央部の塩化水素濃度を１０％以上、好ましくは３０％以上に制御する。炉中央部での塩化水素の濃度が１０％より少ないと、塩素系ガスとアルカリ金属等との反応が不十分になる。
【００１１】
塩素含有可燃物と上記無機粉末の加熱分解においては、さらに熱分解ガスを炉内に１分以上、好ましくは５分以上滞留させる。塩化水素濃度を１０％以上、好ましくは３０％以上に制御し、熱分解ガスを炉内に１分以上滞留させることによって、ガラス粉末のような反応性の乏しいものでも生石灰や消石灰なみの脱塩効果が得られる。熱分解ガスの炉内滞留時間が１分未満では、塩素系ガスとアルカリ金属等との反応が不十分となり、未反応の塩化水素ガスが炉外に多量に排出されるので好ましくない。
【００１２】
加熱工程において、塩化水素の濃度を上記範囲に制御するには加熱炉として外熱キルンを用いるのが良い。また、外熱キルンを用いれば塩素含有可燃物から発生した可燃ガスを炉外に導き、外熱キルンの熱源として利用することができる。なお、内熱キルンを用いると炉内に燃焼用空気が導入されるのでこれによって炉内が希釈され、塩化水素濃度が上記範囲よりも格段に薄くなる。外熱キルンを用い、外熱によって炉内温度を上記範囲に高め、炉内に投入した塩素含有可燃物を加熱分解すれば、発生した塩素ガスや塩化水素ガスは内熱キルンの場合よりも高濃度に維持され、炉内に投入された無機粉末に含まれるアルカリ金属等と十分に反応して可水性のアルカリ金属塩化物等を生成する。
【００１３】
本発明の方法によれば、熱分解残渣を回収し、残渣に含まれる炭素源を回収して燃料として利用することができる。この熱分解残渣から発熱量５０００kcal/kg以上の燃料を得ることができる。なお、実施例に示すように、例えば１トン当たり４０kgの炭素源を回収することができる。熱分解残渣から不燃分と炭素源を分離する場合、その方法は限定されない。風力分離、浮遊分離、比重分離など既存の方法によることができる。
【００１４】
また、本発明の方法では、塩素含有可燃物の加熱工程において脱塩剤としてアルカリ金属等を含有するガラス粉末を用いるが、このガラス粉末はシリカ分に富むので、使用したガラス粉末を回収してセメント原料の一部に再利用する。具体的には、炉内からガラス粉末を回収して水洗槽に入れ、可水性のアルカリ金属塩化物等を洗い流し、脱水する。この水洗処理によって塩素残量２０００ppm以下、アルカリ残量１wt％以下のガラス粉末を回収することができる。これをセメント原料の一部に利用する。
【００１５】
本発明の方法を実施する好適な装置構成を図１に示す。加熱炉として外熱キルン１が用いられており、キルンの外周には炉内を高温に保つ燃焼ガスが流れる加熱室２が設けられている。この加熱室２には外部燃焼炉３が接続している。キルン１の入口には炉内を低酸素雰囲気に保つための窒素ガス室４が設けられている。さらにキルン入口には原料の供給手段５が設けられており、塩化ビニル樹脂等の塩素含有可燃物とガラス粉末との混合物が炉内に投入される。炉内の塩素含有可燃物は外熱によって熱分解する。この熱分解ガスは燃焼炉３に循環されて可燃性ガスが燃料の一部に利用される。なお、燃焼炉３には重油等の補助燃料が必要に応じて供給され、熱量を高めてキルンを外側から加熱する。熱分解残渣は炉外に取り出され、水洗槽６に導かれる。水洗後、残渣から分離された固定炭素は燃料として利用され、またシリカ分はセメント原料として利用される。
【００１６】
【実施例】
図１に示す装置を用い、粒径１０mm以下の塩化ビニル廃材と平均粒径１０μmの廃ガラス粉末を３：７の割合で混合したものを、処理量１００kg/hの割合で、表１に示す条件下で加熱処理した。処理温度は外熱炉出口近傍での物温度を測定してコントロールした。また、炉中心部での発生ガスをサンプリングし、サンプリングガス中の塩化水素濃度を測定した。塩化水素濃度、ガス滞留時間は炉内に導入する窒素の送入量によって調整した。残渣中のシリカ源および炭素源の回収率はシリカ源６３０kg/t、炭素源４０kg/tであった。また、各条件下での発生ガス発熱量、シリカ源のアルカリ含有率および塩素含有率、炭素源の発熱量は表１のとおりであった。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、塩化ビニル廃材などの塩素系樹脂廃材と廃ガラスとを原料として用い、これからセメント原料を得ることができる。また、本発明の方法は、低酸素雰囲気下で炉内の塩化水素濃度を高めて脱塩反応させるので、反応性の低い廃ガラス粉末を用いても、これを生石灰や消石灰なみの反応効率で反応させることができ、アルカリ残量および塩素残量の少ないシリカ分を回収することができる。さらに低酸素雰囲気下で熱分解するので炭素分の多い熱分解残渣を回収することができ、発熱量の大きい燃料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施する加熱システムの概念図
【符号の説明】
１−外熱キルン、２−加熱室、３−外部加熱炉、４−窒素ガス室、５−供給手段、６−水洗槽。
【図１】
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