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発明の名称 廃合成樹脂材の粒状化方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−86155
公開日 平成10年(1998)4月7日
出願番号 特願平8−265139
出願日 平成8年(1996)9月13日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】石川 泰男 (外1名)
発明者 浅川 幸彦 / 冨岡 浩一 / 石黒 宏樹 / 浅沼 稔 / 山田 裕 / 藤井 益弘 / 脇元 一政
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 廃合成樹脂材を竪型冶金炉へ吹き込むに先立ち、前記廃合成樹脂材を粒状化する方法において、前記廃合成樹脂材をその形態に基づきフィルム状合成樹脂材、固形合成樹脂材、および、前記フィルム状合成樹脂材と前記固形合成樹脂材との中間の形態としてのシート状合成樹脂材に分別する工程(P)と、前記フィルム状合成樹脂材に破砕処理を施してフィルム小片にし、次いで得られた前記フィルム小片に溶融・固化造粒処理を施すことにより合成樹脂粒子(a)を調製する工程(A)と、前記固形合成樹脂材に破砕処理を施すことにより合成樹脂粒子(b)を調製する工程(B)と、前記シート状合成樹脂材に破砕処理を施し前記フィルム小片の最大寸法よりも小さい最大寸法を有するシート細片(c0 )にし、次いで得られた前記シート細片に溶融・固化造粒処理を施すことにより合成樹脂粒子(c)を調製する工程(C)とからなることを特徴とする廃合成樹脂材の粒状化方法。
【請求項2】 前記工程(C)は、前記シート細片(c0 )と前記合成樹脂粒子(b)とを混合した合成樹脂粒子(d)を調製する工程(D)である、請求項1記載の廃合成樹脂材の粒状化方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、廃合成樹脂材を配管で気送輸送し、高炉等竪型冶金炉に吹き込むために行なう粒状化処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、産業廃棄物や一般廃棄物の中で廃合成樹脂材の発生量が急増しており、その処理が大きな社会問題となっている。合成樹脂材は特に発熱量が大きいので焼却処理時に焼却炉を損傷するため大量処理が困難である。従って、大部分がごみ埋立地に廃棄処分されているが、環境上好ましくなく、また処分場も逼迫している。そこで、廃合成樹脂材の大量処理方法の開発が望まれている。
【0003】上記状況下で、廃合成樹脂材を高炉においてコークスの一部代替として有効利用する方法が提案されている。例えば、欧州特許公開公報第0622465A1号および特公昭51−33493号公報は、合成樹脂材を破砕し、羽口から高炉内に燃料として吹き込む技術を開示しており、前者は破砕された合成樹脂材の粒径を1〜10mm、嵩密度を0.35以上とすることを開示している。
【0004】一方、本発明者等も研究を重ねた結果、高炉に合成樹脂材をコークスの一部代替として吹き込む場合、次の問題を解決すべきであることを明らかにした。即ち、廃合成樹脂材を高炉に吹き込むために破砕した場合、破砕に供する廃合成樹脂材の形態および破砕方法により種々異なった形態の合成樹脂粒子が得られる。一方、高炉に吹き込むためには、燃焼性が良好であることを前提条件とし、合成樹脂粒子が貯留槽内での棚吊りを発生させないこと、およびタンクからバルブにより定量切出しを安定して行なうことができること(以上、流動性が良好であること)、並びに、気送途中の配管曲部やバルブ部等に詰まりを発生させないこと(搬送性が良好であること)が必須要件であり、これらの必須要件に対しては粒状化された合成樹脂粒子の形態が大きく影響することが明らかとなった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】現在、市場から供給される廃合成樹脂材の形態は多種多様であるが、本発明者等の上記研究によれば、合成樹脂材吹込みのための上記必須要件を満たす粒子を調製するためには、下記事項が重要であるとの結論を得ている。
【0006】■フィルム状合成樹脂材とそれ以外の合成樹脂材(以下、「固形合成樹脂材」という)とに仕分け、それぞれ別々の粒状化処理工程で粒子を調製すべきであること。これは、フィルム状合成樹脂材については、所定の寸法に破砕処理したままでは流動性や搬送性が極端に劣るからである。
【0007】■粒状化処理の基本的条件は、フィルム状合成樹脂材の処理の場合は、初めに所定寸法のフィルム小片を破砕乃至切断し、次いで溶融・固化造粒する。この溶融・固化造粒工程では、例えば高速回転刃等を備えた破砕機でフィルム小片を一定時間処理して所定粒径以下にするが、破砕処理中にできたフィルム細片は摩擦熱で加熱され、半溶融化乃至溶融化して丸味を帯びフィルム細片の形態は粒状化される。このように、フィルム状合成樹脂材の場合は、破砕工程の後に溶融・固化造粒工程を経ることにより、気送工程における流動性および搬送性に優れた粒子に調製することができる。
【0008】これに対して、固形合成樹脂材の処理の場合は、はじめに一次破砕した後、二次破砕により所定粒径以下の小塊粒子を得ることができる。この小塊粒子形態は、不定型多面体を呈する。この小塊粒子は、上記フィルム小片とは異なり薄い部分がないので二次破砕時においても粒子の一部が半溶融化乃至溶融化せず、若干角張った部分を有する。しかしながら、この小塊粒子は流動性や搬送性は良好である。
【0009】上記研究において、フィルム状合成樹脂材とは、その厚さを厳格には規定していないが、ほぼ100μm 以下のものを目安としており、これ以上の厚さのものは一応固形合成樹脂材に分類している。フィルム状合成樹脂材と固形合成樹脂材との仕分けを上記の通りすることにより所期の目的を達していた。
【0010】しかしながら、本発明者等は更に試験・研究を重ねた結果、これまでは固形合成樹脂材として扱ってきたものの内でフィルム状合成樹脂材の範疇に近い厚さのものを破砕処理して得られた小塊粒子は、他の小塊粒子に比較して配管による気送が困難であり、配管の詰まりを発生させる危険性があることがわかった。配管詰まりが発生すると、高炉への合成樹脂材の吹込みを中断しなければならず、また吹込み作業の不安定化をもたらし、溶銑の生産性を阻害する。
【0011】ところが、固形合成樹脂材であってフィルム状合成樹脂材に近い厚さの合成樹脂材(以下、「シート状合成樹脂材」という)に、フィルム状合成樹脂材に対すると同じ処理を施すと、溶融・固化造粒工程で所定粒径以下になるよう回転刃等の破砕機で一定時間処理しても、厚みがあるため処理に時間がかかり、破砕された小片は熱容量が比較的大きいので、フィルム状合成樹脂材を破砕した場合のような半溶融化や溶融化が起こらず、シート状細片の形態のまま残り、必ずしも粒状化されていないことを見い出した。この場合には、処理後合成樹脂材の気送が困難であることがわかった。
【0012】従って、この発明の目的は上述した問題を解決し、シート状合成樹脂材の適切な粒状化方法を考案し、廃合成樹脂材の全ての形態にわたって適切な粒状化処理を施すことにより、流動性および搬送性に優れ、高炉への気送吹込みに適した前処理を行うための廃合成樹脂材の粒状化方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した問題を解決すべく鋭意研究を重ねた。先ず、シート状合成樹脂材は、これを通常の固形合成樹脂材と同様に単に破砕して所定粒径のシート状細片にしただけでは、タンク内で加圧されたときに互いに密着し、板状細片間の空隙がなくなり、気体の吹き抜ける空間がないために合成樹脂材細片間の滑りがなくなって、タンク内から良好に合成樹脂材を切り出すことができなくなったり、また、気送中に配管内で詰まりを発生させることがわかった。
【0014】そこで、シート状細片同士がタンク内や気送途中で密着しないようにしなければならない。そのためにはシート状細片自身に丸味を帯びさせて、即ち、例えば、半溶融化または溶融化させ粒状化さてこの粒子間に空隙を形成させるか、他の方法としてシート状細片間に別の形状の粒子状合成樹脂材を介在させてシート状細片間に空隙を形成させることにより、上記密着を防止することができる。かくして、シート状細片間に空気が吹き抜けるような空隙を形成させることができ、流動性および搬送性が改善されることを知見した。
【0015】この発明は上記知見に基づきなされたものであって、請求項1記載の発明は、廃合成樹脂材を竪型冶金炉へ吹き込むに先立ち、廃合成樹脂材の前加工処理として粒状化する方法において、廃合成樹脂材をその形態に基づきフィルム状合成樹脂材、固形合成樹脂材、および、フィルム状合成樹脂材と固形合成樹脂材との中間の形態としてのシート状合成樹脂材に分別する工程(P)と、フィルム状合成樹脂材に破砕処理を施してフィルム小片にし、得られたフィルム小片に溶融・固化造粒処理を施すことにより合成樹脂粒子(a)を調製する工程(A)と、固形合成樹脂材に破砕処理を施すことにより合成樹脂粒子(b)を調製する工程(B)と、上記シート状合成樹脂材に破砕処理を施し上記フィルム小片の最大寸法よりも小さい最大寸法を有するシート細片(c0 )にし、得られたシート細片に溶融・固化造粒処理を施すことにより合成樹脂粒子(c)を調製する工程(C)とからなることに特徴を有するものである。
【0016】請求項2記載の発明は、上記発明において、工程(C)が、シート状合成樹脂材に破砕処理を施しフィルム小片の最大寸法よりも小さい最大寸法を有するシート細片(c0 )にし、次いで得られたシート細片(c0 )と工程(B)で得られた合成樹脂粒子(b)とを混合した合成樹脂粒子(d)を調製する工程(D)であることに特徴を有するものである。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、請求項1に記載した発明の実施形態の一例を示す系統図である。市場で発生した廃合成樹脂材を分別工程Pでフィルム状合成樹脂材、固形合成樹脂材およびシート状合成樹脂材に分別する。なお、分別方法は常法によれば足りるが、シート状合成樹脂材の厚さとしては、工程Cにおいて効率的に粒状化するためには、例えば、100μm から3mmの範囲内にあることが望ましい。フィルム状合成樹脂材は、破砕装置1で所定形状に切断された後、切断摩擦熱で擬似付着し、重なり合ったフィルム状合成樹脂小片となるので、分離機2で分散させる。分散した合成樹脂じょ磁選機3で処理し鉄屑類を除去されたフィルム小片を、適宜、材質判別機4に通して当該合成樹脂材の種類を判別する。
【0018】次いで、フィルム小片を溶融・固化造粒装置5に装入し、所定の処理を施す。図2は、溶融・固化造粒装置の機能を説明する図である。フィルム小片を装入口31から破砕室32内に設けられた回転破砕機33に供給し、フィルム小片は小さく破砕され摩擦熱で半溶融化または完全溶融化される。一対の回転破砕機33から吐き出されたフィルム小片はノズル34から噴射される冷却媒体(例えば、水スプレー)で急冷され、粒状に収縮固化し、排出口35から合成樹脂粒子(a)となって排出される。
【0019】図3は、図2の溶融・固化造粒装置の回転破砕機33でフィルム小片が小さく破砕され摩擦熱で加熱されると同時に急冷されることにより粒状化する原理を説明する図である。フィルム小片41を高速回転する回転刃42で切断し破砕してフィルム小片にすると共に、冷却用流体で冷却することにより、合成樹脂粒子(a)が得られる。同図(イ)は破砕時の摩擦熱により昇温されるがフィルム小片は殆ど溶融化しないか乃至は半溶融化した場合であり、(ロ)は摩擦熱により溶融化し、冷却用流体で冷却することにより、合成樹脂粒子(a)が得られる場合である。
【0020】合成樹脂粒子の目標粒径として、所定値:D0 mm以下のものを得る場合を考える。回転破砕機33の回転速度と処理時間の増加につれて、フィルム小片の温度は上昇し、溶融化し、一方、破砕されたフィルム小片の最大寸法は回転速度と処理時間の増加につれて小さくなる。このような経過において、最大寸法が目標値D0 mm以下に到達し、且つその時の温度が融点よりも所定値だけ低い温度T0 となるように破砕条件を調節し、破砕されたフィルム小片の最大寸法と温度の両方がこの条件を満たした時に破砕されたフィルム小片を急冷する。
【0021】もし、破砕されたフィルム小片の最大寸法がD0 mm以下に到達したにもかかわらず、その温度がT0 に達しない場合には、破砕速度の上昇を抑えつつその温度の上昇が速くなるように調整し、逆に、フィルム小片の温度がT0 に達したにもかかわらず、フィルム小片の最大寸法がD0 mm以下に到達しない場合には、その温度の上昇を抑えつつ破砕速度の上昇が速くなるように調整する。このようにして、溶融・固化造粒処理による粒径を調整する。
【0022】このようにして、溶融・固化造粒処理がなされ、得られた合成樹脂は篩分け・分離機6で処理され合成樹脂粒子(a)がえられる。これは貯留槽7に蓄えられる(以上、工程(A))。
【0023】固形合成樹脂材は、一次破砕機8で粗破砕され、一次磁選機9で処理して鉄屑類が除去された後、二次破砕機10で細かく砕かれ、二次磁選機11で処理して鉄屑その他異物を除去した後、分離機12で破砕摩擦熱で擬似付着した合成樹脂材を分散させる。分散された合成樹脂材を、適宜、材質判別装置13に通して当該合成樹脂材の材質を分析する。次いで合成樹脂材は篩分け・分離機14で処理され合成樹脂粒子(a)が得られる。これは貯留槽16に蓄えられる(以上、工程(B))。
【0024】シート状合成樹脂材は、先ず、固形合成樹脂材の処理と同じように、一次破砕機17で粗破砕され、一次磁選機18で処理して鉄屑類が除去された後、二次破砕機19で細かく砕かれ、二次磁選機20で処理して鉄屑その他異物が除去された後、分離機21で破砕摩擦熱で擬似付着した合成樹脂材を分散させる。分散されてシート細片(c0 )が得られる。ここで、シート細片(c0 )の寸法は、上記フィルム小片の最大寸法よりも小さい最大寸法にする必要がある。これは、次の溶融・固化造粒処理において摩擦熱による昇温により半溶融化または溶融化して粒状化させるとき、寸法が大きすぎると摩擦熱がシート細片内部に広く伝達されて半溶融化または溶融化するに至らず、粒状化が困難だからである。次いで、合成樹脂材を、適宜、材質判別装置22に通して当該合成樹脂材の材質を分析する。次いで、シート細片は、溶融・固化造粒装置23に装入し、所定の処理を施す。溶融・固化造粒処理においては、半溶融化または溶融化によりシート細片は粒状化するので、厚さが厚くなると同時に丸味を帯びる。次いで合成樹脂材は篩分け・分離機24で処理され合成樹脂粒子(b)が得られる。これは貯留槽25に蓄えられる(以上、工程(C))。
【0025】なお、工程(A)〜(C)の篩分け・分離処理後の篩上合成樹脂粒子は、それぞれ破砕処理へ戻して再利用することができる。図4は、上述した通り廃合成樹脂材を粒状化処理した合成樹脂粒子を、高炉へ吹き込むための気送設備50である。
【0026】以上のようにして得られた合成樹脂粒子(a)、(b)および(c)は各貯留槽(7)、(16)および(25)から切り出し、適宜配合してサービスタンク51へ気送し、サービスタンク51から空気輸送されて貯留槽52へ送り、均圧タンク53を経て、吹込みタンク54から送り出し、次いで、高炉設備56において、高炉羽口57に設置された吹込み管58から高炉59の内部へ吹き込まれる。
【0027】図5は、請求項2に記載した発明の実施形態の一例を示す系統図である。工程(A)および工程(B)は図1と同じであるが、工程(D)が上記工程(C)と異なるものである。即ち、工程(D)では、上記工程(C)の途中で作られたシート細片(c0 )に溶融・固化造粒処理を施すことなく、工程(B)で調製された合成樹脂粒子(b)と混合して合成樹脂粒子を調製するというものである。
【0028】
【実施例】次に、この発明を実施例により、更に詳細に説明する。図1および2に示した廃合成樹脂材の前加工処理工程に基づき粒状化処理し、調製された合成樹脂粒子(a),(b)および(c)を所定の割合で配合・混合した後、図4の気送設備で高炉に吹き込んだ(実施例1)。また、図5および2に示した廃合成樹脂材の前加工処理工程に基づき粒状化処理し、調製された合成樹脂粒子(a),(b)および(d)を所定の割合で配合・混合した後、図4の気送設備で高炉に吹き込んだ(実施例2)。これに対して、比較としてシート状合成樹脂を工程(B)と同じ処理し、得られた合成樹脂粒子(以下、「合成樹脂粒子(e)という)を合成樹脂粒子(a)および(b)と所定の割合で配合・混合した後、実施例と同じ方法で高炉の吹き込んだ(比較例)。
【0029】表1に、各試験に供した廃合成樹脂材の内、シート状合成樹脂材についての、粒子化処理前および粒子化処理後の諸元を示す。
【0030】
【表1】

【0031】いずれの試験においても、用いたシート状合成樹脂材は工程(P)で分別された同じ形態の厚さ0.5mmのシート状PET樹脂である。これを、実施例1では、工程(C)により6mm以下のシート細片(c0 )に破砕した後、溶融・固化造粒処理により粒径1.5mm以下の合成樹脂粒子(c)に調製した。
【0032】実施例2では、上記シート状PET樹脂を工程(D)により6mm以下のシート細片(c0 )に破砕した後、工程(B)で固形合成樹脂材から調製された合成樹脂粒子(b)である、最大寸法3.2mmの塊状粒子(材質:PE樹脂)と混合した。配合割合は、PET樹脂シート細片(c0 ):PE樹脂3.2mm塊状粒子を2:1とした。なお、比較例では、最大寸法6mmの合成樹脂粒子(e)と調製した。
【0033】表1に、2日間の連続操業試験期間において、合成樹脂粒子のタンクからの切出しトラブルによる高炉への吹込み停止時間を併記した。比較例では、4.2hr/dの切出しトラブルによる高炉への吹込み停止が発生したが、実施例ではいずれも全く発生しなかった。上述した結果より、本発明の有用性が示された。
【0034】
【発明の効果】シート状合成樹脂材は、廃合成樹脂材を高炉等の竪型冶金炉に吹き込むための前加工処理において取扱いが困難であり、従来適切な処理方法がなかったが、この発明によれば、上述したように構成したので、高炉等の竪型炉の操業に悪影響を与えることなく吹き込むことができる。また、廃合成樹脂製ボトル容器の処理も全量を高炉コスト低減に寄与しつつ処理することができる、廃合成樹脂材の粒状化方法を提供することができ、工業上有用な効果がもたらされる。




 

 


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