JP5758083B2 - 廃油系固体燃料の使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃油系固体燃料の使用方法に関するもので、特に引火点が低い廃油系固体燃料を、安全に且つ経済的に燃料として使用する方法に関するものである。

原油スラッジ、廃塗料、廃溶剤等の廃油は、高いエネルギーを有するため、廃棄物として焼却処分せずに、燃料として有効利用することが期待されている。
しかし、廃油は、高い粘稠性を有するものや、常温で流動性がないものや、固形分が沈降分離して固着するものなどがあるため、搬送時等におけるハンドリング性が悪く、廃油それ単独では、燃料としての取扱いが困難であった。

そこで、本件出願人は、先に、原油スラッジ、廃塗料、廃溶剤等の廃油と、所定の粒径に破砕した廃畳、木粉等のバイオマスと、有機質粉体とを所定の割合で混合し、得られた廃油系固体燃料を、管路を介してセメント製造設備であるロータリーキルンの窯前部から燃料として吹き込む技術を開発し、特許出願を行なった（特許文献１）。

また、本件出願人は、廃ワイヤソーオイル、オイルスラッジ、廃油再生残渣等の廃油と、廃畳の破砕物、廃スポンジ、紙屑、各種汚泥等の廃油吸収材とを混合し、機械式搬送及び機械式投入が可能な必要最小限のハンドリング性を有する廃油系固体燃料とした後、該廃油系固体燃料を、スクリューコンベヤー、ベルトコンベヤー、バケットエレベーター等の機械式搬送手段、及び２重のフラップダンパー、ロータリーフィーダ等の機械式投入手段を用いてセメント製造設備であるＮＳＰキルンの仮焼炉に投入する技術を開発し、特許出願を行なった〔特許文献２〕。

特開２００６−１９９７５０号公報 特開２００８−２６０６４７号公報

ところで、廃油の中には、トルエン、キシレン、酢酸ブチル、エチルベンゼン、エタノール、メタノール等の低引火点成分を多く含み、その引火点が低い廃油、例えば、廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣等の低引火点廃油が存在し、このような低引火点廃油とバイオマス等の廃油吸収材とを混合した廃油系固体燃料にあっては、その引火点が他の高引火点廃油を用いたものに比して低いものとなり、火災や爆発の危険性があることから、上記特許文献１或いは特許文献２等に記載された廃油系固体燃料の製造に際しては、低引火点廃油の使用が躊躇されていた。

本発明は、上述した背景技術が有する実情に鑑みて成されたものであって、その目的は、従来においては廃油系固体燃料の製造に用いることが躊躇されていた低引火点廃油をも原料として有効に用い、引火点が低い廃油系固体燃料であっても、安全に且つ経済的に燃料として使用し得る方法を提案することにある。

本発明者等は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を進めた結果、低引火点廃油を用いた廃油系固体燃料であっても、低引火点廃油の処理方法によってその引火点を上昇できること、及び、廃油系固体燃料の貯留及び／又は搬送経路の温度よりも所定温度以上（具体的には、１０℃以上）高い温度の引火点を有する廃油系固体燃料であれば、火災や爆発の危険性なく安全に燃料として使用し得ることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔３〕に記載の廃油系固体燃料の使用方法とした。
〔１〕廃油系固体燃料の貯留及び／又は搬送経路の温度を測定し、その温度環境下における使用可能な廃油系固体燃料の引火点を測定温度プラス１０℃と定め、
廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油と、含水率を１５〜５０質量％に調整したバイオマスとを混合して、或いは、
廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油と、廃エンジンオイル、廃切削油、廃研磨油のいずれか一種以上からなる高引火点廃油に水を混合したものとを先ず混合し、該混合物を更にバイオマスと混合して、
廃油系固体燃料を製造することにより、該定めた引火点以上の引火点を有するように廃油系固体燃料の引火点を調整し、該廃油系固体燃料を燃料として使用することを特徴とする、廃油系固体燃料の使用方法。
〔２〕上記バイオマスが、廃畳の破砕物、稲藁の破砕物、木材チップ、木粉、おが屑、紙屑のいずれか一種以上であることを特徴とする、上記〔１〕に記載の廃油系固体燃料の使用方法。
〔３〕上記廃油系固体燃料の使用用途が、セメント焼成用の燃料であることを特徴とする、上記〔１〕又は〔２〕に記載の廃油系固体燃料の使用方法。

上記した本発明に係る廃油系固体燃料の使用方法によれば、廃油系固体燃料の貯留及び／又は搬送経路の温度を測定し、その温度環境下における使用可能な廃油系固体燃料の引火点を測定温度プラス１０℃と定め、該定めた引火点以上の引火点を有するものに、廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油と、含水率を１５〜５０質量％に調整したバイオマスとを混合して、或いは、廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油と、廃エンジンオイル、廃切削油、廃研磨油のいずれか一種以上からなる高引火点廃油に水を混合したものとを先ず混合し、該混合物を更にバイオマスと混合して、廃油系固体燃料を製造することにより調整し、該廃油系固体燃料を燃料として使用するものであるため、火災や爆発の危険性がなく安全に廃油系固体燃料を使用することができると共に、安全に使用可能な必要最低限の温度の引火点を有するものに廃油系固体燃料を調整することにより、低引火点廃油をも有効に廃油系固体燃料の原料として使用することが可能となる。

本発明に係る廃油系固体燃料の使用方法を実施する設備の全体を概念的に示した図である。 本発明において廃油系固体燃料を仮焼炉に投入する状態を概念的に示した図である。

以下、上記した本発明に係る廃油系固体燃料の使用方法の実施の形態を、図面等に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る廃油系固体燃料の使用方法を実施する設備の全体を概念的に示した図である。

図１に示した設備では、バイオマスである廃畳Ａと、木屑Ｂとを廃油吸収材として用い、これらのバイオマスを破砕機１によって適度な粒径に破砕した後、廃油Ｏと破砕したバイオマスとを混合機２によって混合し、機械式搬送及び機械式投入が可能な必要最低限のハンドリング性を備えた廃油系固体燃料Ｘとしている。この間、混合機２内には、所定量の空気が導入され、混合物から発生する可燃性ガスを爆発を起こさない濃度まで希釈させながら混合操作が行なわれる。

廃油とバイオマスとを混合することによりハンドリング性が改善された廃油系固体燃料Ｘは、車両、好ましくは天蓋付密閉車両３に積み込まれ、セメント製造設備の近傍まで運ばれる。
なお、上記廃油とバイオマスとの混合設備とセメント製造設備とが近接している場合には、車両による輸送は行う必要はない。

セメント製造設備の近傍まで運ばれた廃油系固体燃料Ｘは、ホッパー４に投入され、定量供給機５、バケットエレベーター６、ベルトコンベヤー７等の機械式搬送装置にてセメント製造設備の仮焼炉まで搬送される。

セメント製造設備１０は、図１に示したように、複数段、例えば４段のサイクロンＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４からなるサスペンションプレヒータ１１と、このサスペンションプレヒータ１１に付設された仮焼炉１２と、該仮焼炉１２及び最下段のサイクロンＣ１に入口フッド１３を介して接続されたロータリーキルン１４と、このロータリーキルン１４の出口部に連結されたクーラ１５とから構成されている。そして、原料投入口１６より投入されたセメント原料は、サスペンションプレヒータ１１のサイクロンにおいて順次予熱された後、仮焼炉１２に導入されて脱炭酸等の仮焼反応が行われ、その後、入口フッド１３を経由してロータリーキルン１４においてセメントクリンカーとして焼成される。ロータリーキルン１４から排出されたセメントクリンカーは、クーラ１５において急冷され、最終的なセメントクリンカーとなる。

図１に示した設備では、上記構成のセメント製造設備の仮焼炉１２の上部から、廃油系固体燃料Ｘが燃料として投入される。仮焼炉１２への廃油系固体燃料Ｘの投入は、図２に詳細に示したように、複数段、例えば３段のスクリューコンベヤー８ａ，８ｂ，８ｃによって仮焼炉１２まで廃油系固体燃料Ｘが搬送され、２重のフラップダンパー９を介して仮焼炉１２の上部から投入される。

仮焼炉１２の上部から炉内に投入された廃油系固体燃料Ｘは、燃焼してセメント原料の仮焼に寄与することとなる。

本発明においては、上記したような廃油系固体燃料の使用にあたって、その使用を安全且つ経済的なものとするため、廃油系固体燃料の貯留及び／又は搬送経路の温度を測定し、その温度環境下における使用可能な廃油系固体燃料の引火点を定め、該定めた引火点以上の引火点を有するものに廃油系固体燃料を調整し、該調整した廃油系固体燃料を燃料として使用することを最大の特徴とする。

図１及び図２に示した設備においては、仮焼炉１２に最も近い（温度が最高となると考えられる）廃油系固体燃料Ｘの搬送装置であるスクリューコンベヤー８ｃに温度計２０を取り付け、廃油系固体燃料Ｘの暴露温度を測定している。この測定温度は、夏季と冬季、昼間と夜間、更には設備の稼働状況等によっても変化するため、常時モニタリングすることが好ましい。
なお、温度計の取り付け位置は、図示した位置に限定されるものではなく、滞留時間が長く、且つ温度が高くなると思われる貯留及び／又は搬送経路のいずれかの位置に取り付ければよく、また複数箇所に取り付けてもよい。

測定した温度環境下における使用可能な廃油系固体燃料の引火点は、測定温度プラス１０℃とし、好ましくは測定温度プラス２０℃とする。すなわち、測定温度が２０℃である場合には、その温度環境下において安全に使用可能な廃油系固体燃料の引火点は３０℃と定め、好ましくは４０℃と定める。これは、少なくとも測定温度プラス１０℃の引火点を有する廃油系固体燃料であれば、その測定温度環境下において密閉状態で該廃油系固体燃料を扱っても、可燃性ガス濃度は一般的な管理基準である２５％ＬＥＬ以下であることが試験により確かめられたことによる。
なお、ここで言う可燃性ガス濃度（％ＬＥＬ）とは、接触燃焼式検知器によりメタンの爆発下限界（５ｖｏｌ％）を１００％ＬＥＬとして表した場合の濃度である。

上記定めた引火点以上の引火点を有するものに廃油系固体燃料を調整する方法としては、廃油とバイオマスとの混合比率を許容される範囲内で変更する、廃油と含水率を調整したバイオマスとを混合する、更には低引火点廃油と高引火点廃油とを先ず混合し、該混合物を更にバイオマスと混合する、等の方法が挙げられる。
ここで、使用している廃油系固体燃料が、定めた引火点以上の引火点を有するものであれば、当然、引火点を調整する必要はなく、そのまま使用すればよい。一方、使用している廃油系固体燃料が、定めた引火点に満たない低引火点のものであれば、調整の必要が生じるが、その場合でも、必要最低限の引火点を有するものに廃油系固体燃料を調整することが経済性の観点から好ましく、特に低引火点廃油の利用を促進する観点から、低引火点廃油と含水率を調整したバイオマスとを混合する、或いは低引火点廃油と高引火点廃油とを先ず混合し、該混合物を更にバイオマスと混合する、等の方法によって、必要最低限の引火点を有するものに廃油系固体燃料を調整することが好ましい。

なお、廃油としては、廃油再生残渣（廃油を蒸留設備等を用いて再生した後に残る残渣）、廃ワイヤソーオイル、廃切削油、廃研削油、廃研磨油、廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣、グリース、廃植物油、廃食用油、脱水有機汚泥等の油性物質等の単独、或いはこれらの二種以上の混合物を挙げることができるが、上記の中でも、低引火点廃油、具体的には、廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣等は、火災や爆発の危険性があることから、その取り扱いが困難であり、従来においては使用が躊躇されていたが、本発明によれば引火点が低い廃油系固体燃料を安全に燃料として使用することができることから、このような廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油を廃油系固体燃料の原料として用いる。

また、本発明において使用するバイオマスとしては、図１に示した廃畳Ａの破砕物及び木屑Ｂ以外に、稲藁の破砕物、木材チップ、木粉、おが屑、紙屑等を用いることができる。
なお、本発明においてバイオマスとは、燃料等として利用可能な、生物由来の有機質資源（ただし、化石燃料を除く。）の総称をいう。
上記バイオマスの他、廃油の吸収材として有機質粉体が好適に用いられ、さらに品質を損なわない限度において、その他の材料を配合することもできる。有機質粉体の例としては、トナー、重油灰、微粉炭、活性炭粉末、肉骨粉、廃プラスチック粉末、紙粉、有機蒸留残渣粉末等が挙げられる。これらの有機質粉体は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。

上記廃油とバイオマス等との混合物からなる廃油系固体燃料の引火点を調整するにあたって、低引火点廃油と含水率を調整したバイオマスとを混合する方策を採用する場合には、バイオマスの含水率を１５〜５０質量％、好ましくは２０〜４０質量％に調整して用いる。これは、含水率が１５質量％に満たないバイオマスを用いた場合、その搬送時或いは混合時等に粉塵が舞いやすく、作業環境を悪化させると共に粉塵爆発の危険性がある。また、理由は定かではないが、試験の結果、含水率が１５質量％に満たない乾燥したバイオマスを用いた場合には、混合した低引火点廃油の引火点を上昇させる作用が少なかったことによる。一方、含水率が５０質量％を超える湿ったバイオマスを用いた場合には、ハンドリング性状が悪く、また混合した廃油の吸収性が悪いために、搬送経路への付着が急激に増え、閉鎖等のトラブルが発生する虞がある。また、含水率が５０質量％を超えるバイオマスを用いた場合には、廃油と混合した後においても発熱量の低い廃油系固体燃料しか得られず、利用価値が低下する。

また、上記廃油とバイオマスとの混合物からなる廃油系固体燃料の引火点を調整するにあたって、低引火点廃油と高引火点廃油とを先ず混合し、該混合物を更にバイオマスと混合する方策を採用する場合には、低引火点廃油と混合する高引火点廃油を、油性溶媒成分と水性溶媒成分の両者を含むものに調整しておくことが好ましい。これは、低引火点廃油には、エチレン、キシレン等を主に含有し、油性を示すものがあれば、エタノール、メタノール等を主に含有し、水性を示すものもあるが、これらのいずれの性状の低引火点廃油に対しても、油性溶媒成分と水性溶媒成分の両者を含む廃液であれば区別することなく溶解させることができ、その引火点を上昇させることができることが、試験により確認されたためである。高引火点廃油を、油性溶媒成分と水性溶媒成分の両者を含むものに調整する方法としては、例えば廃エンジンオイル、廃切削油、廃研磨油等の高引火点廃油に、地下水、工業用水、廃水等の水を混合すればよいため、本発明においては、かかる廃エンジンオル、廃切削油、廃研磨油のいずれか一種以上からなる高引火点廃油に水を混合したものを用いる。

上記のようにして引火点が調整された廃油系固体燃料Ｘは、安全に貯留、搬送され、図１及び図２に示した設備においては、仮焼炉１２に投入され、燃焼してセメント原料の仮焼に使用する。また、仮焼炉１２ではなく、ロータリーキルン１４のバーナから廃油系固体燃料Ｘを吹き込み、セメントクリンカーの焼成に使用してもよい。

本発明によれば、上記した如く、廃油系固体燃料の貯留及び／又は搬送経路の温度を測定し、その温度環境下における使用可能な廃油系固体燃料の引火点を測定温度プラス１０℃と定め、該定めた引火点以上の引火点を有するものに、廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油と、含水率を１５〜５０質量％に調整したバイオマスとを混合して、或いは、廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油と、廃エンジンオル、廃切削油、廃研磨油のいずれか一種以上からなる高引火点廃油に水を混合したものとを先ず混合し、該混合物を更にバイオマスと混合して、廃油系固体燃料を製造することにより調整し、該廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油を用いて製造した廃油系固体燃料を燃料として使用するものであるため、火災や爆発の危険性がなく安全に廃油系固体燃料を使用することができると共に、安全に使用可能な必要最低限の温度の引火点を有するものに廃油系固体燃料を調整することにより、廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油を有効に廃油系固体燃料の原料として使用することが可能となる。

試験例

〔１〕予備試験
暴露温度の違い（３０℃、４０℃、５０℃）による、廃油系固体燃料の引火点と可燃性ガスの発生量との関係を調べた。
その結果を表１に示す。
なお、引火点の測定は、セタ密閉式引火点試験器を用いて行った。また、可燃性ガス濃度は、理研計器社製ガス検知器ＧＸ−８５Ｎにより測定した。

表１より、暴露温度３０℃では、密閉状態でも引火点３２℃以上の廃油系固体燃料であれば、可燃性ガス濃度を一般的な管理基準である２５％ＬＥＬ以下で管理可能であることが分かる。また、好ましくは暴露温度プラス１０℃以上（予備試験２，４，６，７）、より好ましくは暴露温度プラス２０℃以上（予備試験７）の引火点を有する廃油系固体燃料であれば、換気不良、輻射熱等の影響を受けて暴露温度が多少変動したとしても、十分に可燃性ガス濃度を２５％ＬＥＬ以下とすることができることが分かる。

〔２〕試験例
図１及び図２に概念的に示した実際の設備を模擬した実験装置を使用し、６種類の廃油系固体燃料（固体燃料Ｈ：引火点２５℃、固体燃料Ｉ：引火点６０℃、固体燃料Ｊ：引火点４０℃、固体燃料Ｋ：引火点５５℃、固体燃料Ｌ：引火点５９℃、固体燃料Ｍ：引火点５８℃）の使用試験を行なった。
この際、廃油系固体燃料の搬送装置であるスクリューコンベヤー７ｃにおける暴露温度を、夏季、冬季等を考慮して種々に変更させるため、スクリューコンベヤー７ｃを過度に断熱材で覆って遮熱したり、外部冷却したり、逆に通常の遮熱構造をも取り去ったりして、該スクリューコンベヤー７ｃに取り付けられた温度計２０が種々の温度を示すようにして試験を行なった。すなわち、廃油系固体燃料の暴露温度を種々変更させた。
そして、この場合の、温度計２０による計測温度、またスクリューコンベヤー８ｃ内の可燃性ガス濃度を測定した。
その結果を表２に示す。
なお、可燃性ガス濃度は、理研計器社製ガス検知器ＧＸ−８５Ｎにより測定した。

３．まとめ
表２から、暴露温度プラス１０℃以上の引火点を有する廃油系固体燃料を使用する場合（試験例２〜５）においては、搬送経路内の可燃性ガス濃度を一般的な管理基準である２５％ＬＥＬ以下とすることが可能であることが分かる。また、引火点が５８℃と比較的高い固体燃料であっても、暴露温度が５０℃と高い温度条件下で使用する場合（試験例６）には、搬送経路内の可燃性ガス濃度は一般的な管理基準である２５％ＬＥＬを遙かに超える４２％ＬＥＬとなることが分かる。更に、暴露温度が３０℃と比較的低い場合であっても、使用する廃油系固体燃料が引火点が２５℃と低いものである場合（試験例１）には、搬送経路内の可燃性ガス濃度は一般的な管理基準である２５％ＬＥＬを超える３０％ＬＥＬとなることが分かる。
上記のことから、暴露温度プラス１０℃以上の引火点を有する廃油系固体燃料であれば、火災や爆発の危険性なく安全に廃油系固体燃料を使用可能であることが分かった。

１・・破砕機
２・・混合機
３・・天蓋付密閉車両
４・・ホッパー
５・・定量供給機
６・・バケットエレベーター
７・・ベルトコンベア
８ａ，８ｂ，８ｃ・・スクリューコンベヤー
９・・二重のフラップダンパー
１０・・セメント製造設備
１１・・サスペンションプレヒータ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４・・サイクロン
１２・・仮焼炉
１３・・入口フッド
１４・・ロータリーキルン
１５・・クーラ
１６・・原料投入口
２０・・温度計
Ａ・・廃畳
Ｂ・・木屑
Ｏ・・廃油
Ｘ・・廃油系固体燃料

Claims (3)

1. 廃油系固体燃料の貯留及び／又は搬送経路の温度を測定し、その温度環境下における使用可能な廃油系固体燃料の引火点を測定温度プラス１０℃と定め、
   廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油と、含水率を１５〜５０質量％に調整したバイオマスとを混合して、或いは、
   廃溶剤、廃塗料、廃インキ、廃シンナー、副生グリセリン、廃塗料蒸留残渣のいずれか一種以上からなる低引火点廃油と、廃エンジンオイル、廃切削油、廃研磨油のいずれか一種以上からなる高引火点廃油に水を混合したものとを先ず混合し、該混合物を更にバイオマスと混合して、
   廃油系固体燃料を製造することにより、該定めた引火点以上の引火点を有するように廃油系固体燃料の引火点を調整し、該廃油系固体燃料を燃料として使用することを特徴とする、廃油系固体燃料の使用方法。
2. 上記バイオマスが、廃畳の破砕物、稲藁の破砕物、木材チップ、木粉、おが屑、紙屑のいずれか一種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の廃油系固体燃料の使用方法。
3. 上記廃油系固体燃料の使用用途が、セメント焼成用の燃料であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の廃油系固体燃料の使用方法。

Images