JP4647375B2 - 生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリーキルン内（以下、「炉内」ということがある）で主燃料の気体燃料と副燃料の廃プラスチックを燃焼させて原料を焼成する、炉内のコーティングの生成が抑制される生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法に関する。

生石灰・軽焼ドロマイトは、原料の石灰石・ドロマイト、貝殻等を焼成することにより製造される。ロータリーキルンは、円形の鉄皮が耐火物で内張りされた円筒状の加熱炉で、一定の速度で軸回りに傾斜した状態で回転するので、生石灰・軽焼ドロマイトの製造に好適である。ロータリーキルンの主燃料は、微粉炭や重油等が使用されるが、これらの燃料は有限で且つ高価である。そのため、今日、主燃料の節減あるいは環境保全の立場から、高い熱量を有する廃プラスチックが副燃料として生石灰・軽焼ドロマイトの製造に有効に利用されている。

従来、ロータリーキルン内で主燃料と共に副燃料として廃プラスチックを燃焼させる生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法について種々の提案があり、例えば、ロータリーキルンの排ガス顕熱を利用して、廃プラスチック粒子の含水量が所定量以下になるように乾燥し、乾燥させた廃プラスチック粒子を燃料の一部として燃焼させる方法（特許文献１参照）、燃料の一部として廃プラスチック粒子を細束流とする工程と、廃プラスチック粒子の細束流と主燃料とをロータリーキルン内に吹き込み、細束流の少なくとも一部が主燃料の火炎を横切り、且つ未燃焼の廃プラスチック粒子のロータリーキルン内における落下地点が主燃料の火炎長さの距離以内となるように吹き込む工程とを備えた方法（特許文献２参照）等の提案がある。
特開２０００−７３９１号公報 特開平８−２８３０５１号公報

しかし、従来、ロータリーキルン内で主燃料として気体燃料を燃焼させ、副燃料として廃プラスチックを燃焼させる生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法についての提案はない。
廃プラスチックを副燃料として利用する場合、廃プラスチックに含まれるSiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂等の酸化物と生石灰（CaO）が炉内の１，３５０〜１，５００℃の温度域で反応して低融点化合物を生成するため、これらの低融点化合物がコーティングとしてロータリーキルンの内壁に形成される。そのため、ヒートショックによりコーティングを脱落させ、掻き出して回収するという煩雑な作業が必要で、コーティングの定期的な除去作業は生石灰・軽焼ドロマイトの生産効率の低下、炉内耐火物の損傷などを招くという問題があったが、これを解決するための提案はない。副燃料の廃プラスチックを完全燃焼させないと未燃焼物が生石灰・軽焼ドロマイトと混ざり合い、製品の歩留まりを低下させるので、廃プラスチックを完全燃焼させることが必要であるが、炉内で主燃料に気体燃料を燃焼させ、廃プラスチックを完全燃焼させる生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法についての提案はない。副燃料として廃プラスチックを燃焼させると、製造される生石灰・軽焼ドロマイトが着色しやすいという問題があったが、これを解決する提案はない。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、ロータリーキルン内で主燃料の気体燃料と副燃料の廃プラスチックを燃焼させ、炉内のコーティングの生成を抑制すると共に廃プラスチックを完全燃焼させる、メンテナンスの利便性、生産効率及び品質に優れる生石灰・軽焼ドロマイトを製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために、検討を重ねた結果、本発明に想到した。
すなわち、本発明は、ロータリーキルン内で主燃料の気体燃料と共に副燃料の廃プラスチックを燃焼させて原料を焼成する生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法であって、内側から外側に向けて順に、廃プラスチック吹出口、気体燃料吹出口、１次空気内流吹出口、１次空気外流吹出口がそれぞれ形成されると共に１次空気内流吹出口に旋回羽根が形成される主燃料バーナーを介して廃プラスチックを装入し燃焼させることを特徴とする生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法を要旨とする。気体燃料は、微粉炭あるいは微粉炭と重油のような固体燃料や液体燃料に比べ、燃焼性や性状等が異なるため、気体燃料用として主燃料
バーナーを構成しなければならないが、上記の構成により廃プラスチックの副燃料として
の利用が可能となった。

上記の発明において、廃プラスチックをＲＰＦ、硬質プラスチック、粉状ウレタン、フラフから選ばれたいずれか１種以上としても良い。また、粉状ウレタン又はフラフは火炎中で完全燃焼させ、ＲＰＦ又は硬質プラスチックは一部を火炎中で完全燃焼させ、残部をロータリーキルン内の１，３５０℃以下の温度域に落下着地させて完全燃焼させても良い。また、ＲＰＦは、直径が５〜１５ｍｍで長さが５〜１５ｍｍの略円柱状又は略角柱状、硬質プラスチックは一辺が２０ｍｍ以下で厚みが５ｍｍ以下の略矩形矩形薄板状、フラフは一辺が２０ｍｍ以下で厚みが１ｍｍ以下の略矩形薄板状、粉状ウレタンは粒径が１ｍｍ以下としても良い。また、廃プラスチック中に含まれる灰分の割合が１０重量％以下で、灰分中の各成分の割合は酸化アルミニウム（Al₂O₃）が５０重量％以下、ケイ酸（SiO₂)が５０重量％以下、酸化鉄（Fe₂O₃）が５重量％以下、酸化チタン（TiO₂）が２０重量％以下としても良い。

本発明の製造方法によれば、副燃料として廃プラスチックを燃焼させ、炉内のコーティングの生成を抑制して品質に優れる生石灰・軽焼ドロマイトを製造できる。したがって、本発明の製造方法は、エネルギーの節減、廃プラスチックの利用により環境保全に資するのみならず、ロータリーキルンの保全性と製品の生産効率にも優れる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態による説明する。

図１及び図２は、本発明の生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法で用いられるロータリーキルン１０の主燃料バーナー２０の構造を示す。主燃料バーナー２０は、内側から外側に向けて順に、廃プラスチック吹出口２１、気体燃料吹出口２２、１次内流空気吹出口２３、１次外流空気吹出口２４が形成されている。１次内流空気は、バーナー炎の長さを調整し、１次外流空気はバーナー炎の広がりを調整する。また、１次内流空気吹出口２３には、旋回羽根２５が形成されている。この旋回羽根２５は、重複率が２００％と大きく、また、気体燃料より比重が大きい空気を旋回させるので、空気と気体燃料を効率的に混合できる。主燃料バーナー２０は、このような構成により、主燃料の気体燃料と副燃料の廃プラスチックを拡散燃焼させ、廃プラスチックを完全燃焼させることができる。

図３に示すように、原料サイロ（図示省略）に貯蔵された原料の石灰石・ドロマイト等は、プレヒーター３０で予熱され、ロータリーキルン１０の右側の装入口から装入される。ロータリーキルン１０の左側の出口から主燃料バーナー２０を介して気体燃料と共に副燃料の廃プラスチックが装入される。装入された石灰石・ドロマイト等は、炉内に装入された燃料の燃焼によって焼成されながら炉内を回転しつつ、生石灰・軽焼ドロマイトへと変化し出口方向に移動する。製造された生石灰・軽焼ドロマイトは、クーラー３１で冷却された後、製品サイロ（図示省略）で貯蔵され、また、冷却に用いた空気は熱交換により高温の２次空気となり、原料の予熱に用いられる。

主燃料の気体燃料として、コークス炉ガス、ＬＰガス、天然ガス、プロパンガス、ブタンガス等を挙げることができるがこれらに限定されない。また、補助燃料の廃プラスチックとしては、一般の廃プラスチックを広く用いることができるが、これらの中でもＲＰＦ、硬質プラスチック、粉状ウレタン、フラフのいずれか１種以上が好ましい。ＲＰＦ（Refuse Paper ＆ Plastic Fuel）は、廃プラスチックと紙くず、木くずを混合したものである。硬質プラスチックは、一般の熱硬化性樹脂の他ポリプロピレン、スチロール樹脂、アクリル樹脂等をいう。また、フラフとは、紙状の薄い廃プラスチックをいう。

ＲＰＦは、直径が５〜１５ｍｍで長さが５〜１５ｍｍの略円柱状又は略角柱状が好ましい。ＲＰＦが上限より大きいと、クーラーへの未燃焼物の混入を招くからであり、下限より小さいと、ＲＰＦの製造時の押出し成形機に高圧力が必要になり、経済性が悪くなるからである。また、硬質プラスチックは、一片が２０ｍｍ以下で厚みが５ｍｍ以下の略矩形薄板状が好ましい。硬質プラスチックが上限より大きいと、ＲＰＦと同様にクーラーへの未燃焼物の混入を招くからである。フラフは、一片が２０ｍｍ以下で厚みが１ｍｍ以下の略矩形薄板状が好ましい。フラフが上限より大きいと、搬送等のハンドリング性が悪くなるからである。粉状ウレタンは粒径が１ｍｍ以下の粉状であることが好ましい。ウレタンはその物性状、リサイクル工程で粉状となりやすいからである。

また、ＲＰＦ、硬質プラスチック、粉状ウレタン又はフラフに含まれる灰分の割合は、
１０重量％以下であることが好ましい。更に、灰分中の酸化アルミニウム（Al₂O₃）が５０重量％以下、ケイ酸（SiO₂)が５０重量％以下、酸化鉄（Fe₂O₃）が５重量％以下、酸化チタン（TiO₂）が２０重量％以下の割合であることが好ましい。灰分の割合及び灰分中の酸化アルミニウム（Al₂O₃）、ケイ酸（SiO₂)、酸化鉄（Fe₂O₃）及び酸化チタン（TiO₂)が所定の割合以下であれば、ロータリーキルン１０の内壁にコーティングが形成されるのを防ぐことができ、また、生石灰・軽焼ドロマイトの着色を抑えることができる。

廃プラスチックのうち、粉状ウレタン又はフラフは粉末状又は紙吹雪状なので、旋回流の主燃料火炎中で完全燃焼する。一方、ＲＰＦ又は硬質プラスチックは、一部が旋回流の火炎中で完全燃焼し、残部がロータリーキルン１０内の１，３５０℃の以下の温度域に落下着地して完全燃焼する。このように、旋回流の火炎中で完全燃焼しなかったＲＰＦ又は硬質プラスチックをロータリーキルン１０内の１，３５０℃以下の温度域に落下着地させることにより、上記の灰分の割合及び灰分中の酸化アルミニウム（Al₂O₃）、ケイ酸（SiO₂)、酸化鉄（Fe₂O₃）、酸化チタン（TiO₂）等の酸化物の割合を規制することと相俟ってコーティングの生成をより確実に防止できる。
通常、ロータリーキルン１０内の温度は、出口側において約９００℃前後であり、気体燃料の燃焼による火炎の部分は、部分的に１，５００℃以上となり、石灰石・ドロマイトの分解反応に伴って温度が低下し、石灰石・ドロマイトの装入口では１，０００℃程度まで温度が低下する。ＲＰＦ又は硬質プラスチックをロータリーキルン１０内の１，３５０℃以下の温度域に落下着地させることは、装入速度を調整することにより行うことができる。

次いで、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

表１に示す設備緒元からなるロータリーキルン１０を用い、石灰石・ドロマイトを焼成して生石灰・軽焼ドロマイトを製造した。主燃料は、コークス炉ガスを使用し、副燃料の廃プラスチックは表２に示した大きさ、形状のＲＰＦ、硬質プラスチック、粉状ウレタン、フラフをそれぞれ使用した。また、廃プラスチックを炉内に装入する装入速度は、１５〜７０ｍ／ｓで行った。結果は、表２に示した。

表２から明らかなように、実施例では廃プラスチックが完全燃焼し、クーラー３１への未燃物の混入はなかった。一方、比較例では、クーラー３１への未燃物の混入が見られ、完全燃焼していないことが判明した。

更に、廃プラスチックを副燃料として上記の設備緒元のロータリーキルン１０を用い、石灰石・ドロマイトを焼成して生石灰・軽焼ドロマイトを製造した。ＲＰＦ又は硬質プラスチックは、１，３５０℃以下の温度域（バーナーの先端から６〜４０ｍの範囲内）に落下着地するように装入速度を調整した。

その結果、実施例は６ヶ月以上の時間経過においても、ほとんどコーティングが発生せず操業に全く支障はなかった。一方、比較例はコーティングが発生し、早い場合で２週間程度の期間にて操業に支障があった。また、実施例では製造された生石灰・軽焼ドロマイトの着色はほとんどなかったが、比較例では若干着色していた。

本発明の製造方法に用いる主燃料のバーナーの正面図である。 本発明の製造方法に用いる主燃料のバーナーの側面図である。 本発明の製造方法に用いるロータリーキルン設備の概要を示す図である。

１０ ロータリーキルン
２０ 主燃料バーナー
２１ 廃プラスチック吹出口
２２ 気体燃料吹出口 ２３ １次内流空気吹出口 ２４ １次外流空気吹出口
２５ 旋回羽根
３１ クーラー

Claims (5)

1. ロータリーキルン内で主燃料の気体燃料と共に副燃料の廃プラスチックを燃焼させて原料を焼成する生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法であって、内側から外側に向けて順に、廃プラスチック吹出口、気体燃料吹出口、１次空気内流吹出口、１次空気外流吹出口がそれぞれ形成されると共に１次空気内流吹出口に旋回羽根が形成される主燃料バーナーを介して廃プラスチックを装入し燃焼させることを特徴とする生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法。
2. 廃プラスチックがＲＰＦ、硬質プラスチック、粉状ウレタン、フラフから選ばれたいずれか１種以上である請求項１に記載の生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法。
3. 粉状ウレタン又はフラフは火炎中で完全燃焼させ、ＲＰＦ又は硬質プラスチックは一部を火炎中で完全燃焼させ、残部をロータリーキルン内の１，３５０℃以下の温度域に落下着地させて完全燃焼させる請求項２に記載の生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法。
4. ＲＰＦは、直径が５〜１５ｍｍで長さが５〜１５ｍｍの略円柱状又は略角柱状、硬質プラスチックは一辺が２０ｍｍ以下で厚みが５ｍｍ以下の略矩形薄板状、フラフは一辺が２０ｍｍ以下で厚みが１ｍｍ以下の略矩形薄板状、粉状ウレタンは粒径が１ｍｍ以下である請求項２又は請求項３に記載の生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法。
5. 廃プラスチック中に含まれる灰分の割合が１０重量％以下で、灰分中の各成分の割合は酸化アルミニウム（Al₂O₃）が５０重量％以下、ケイ酸（SiO₂)が５０重量％以下、酸化鉄（Fe₂O₃）が５重量％以下、酸化チタン（TiO₂）が２０重量％以下である請求項２〜請求項４のいずれかに記載の生石灰・軽焼ドロマイトの製造方法。

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