WO2025210952A1

WO2025210952A1 - 廃プラスチックの処理方法

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Publication number: WO2025210952A1
Application number: PCT/JP2024/040238
Authority: WO
Inventors: 恵治松枝; 翼原田; 克利小島; 雄也小山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2024-04-03
Filing date: 2024-11-13
Publication date: 2025-10-09
Anticipated expiration: 2026-10-03
Also published as: TW202540392A

Abstract

コークス製造用石炭、又は、石炭と混合用廃プラスチックとを含むコークス製造用混合炭を、コークス炉（１）の炭化室（２）に装入して乾留してコークス（１３）とし、乾留完了後に、コークス炉の炭化室に設けられている複数の装入口（４（４ａ～４ｄ））の一部又は全部を用いて、コークスの上側の炭化室内上部空間部（５）に、上昇管（３）に近い側の装入口から遠い側の装入口へ向かって順番に、廃プラスチック（１４（１４ｂ～１４ｄ））を装入する。これにより、廃プラスチックの熱分解ガスの、装入口からの漏洩や噴出を抑えることができる廃プラスチックの処理方法を提供する。

Description

廃プラスチックの処理方法

　本発明は、廃プラスチックの処理方法に関し、特にコークス炉を用いた廃プラスチックの処理方法に関する。

　プラスチック産業廃棄物、プラスチック一般廃棄物として大量に排出される廃プラスチックは、従来、大部分が埋め立てや一部焼却により処理されている。廃プラスチックは、埋め立てても土中の細菌やバクテリアで分解されず、焼却した場合は発熱量が大きく焼却炉に悪影響を及ぼす。また焼却の際、廃プラスチックが塩素を含む場合は排ガス中の塩素の処理が問題となっている。埋め立て処分場が将来不足することが予想されること、および環境問題への意識の高まりから、廃プラスチックのリサイクルの促進が望まれている。リサイクルの方法としては、プラスチックとしての再利用のほか、燃焼時の熱の利用や、加熱時の熱分解で得られるガスや油を燃料や化学原料として利用する方法が考えられる。

　例えば特許文献１では、１００～１６０℃で成型したプラスチック粒状化物を石炭と混合し、これをコークス炉にて乾留することにより廃棄プラスチックを再利用する方法（以下、石炭混合装入法という）が開示されている。一方特許文献２では、石炭混合装入法においてプラスチックを大量に混合すると、生成したコークスの強度が低下すること、コークス強度の低下代を数％程度に留めるには、プラスチックの質量比率を石炭に対して１％以下とする必要があり、目標とするコークス強度のレベルによっては、再利用できる量が限られると記載されている。

　また、コークス強度の低下を抑制して廃プラスチックを処理する方法として、廃プラスチックを石炭に混合するのではなく、炭化室に装入した石炭、または石炭と廃プラスチックとの混合物（以下、石炭と廃プラスチックとの混合物を混合炭ともいう）の上方の空間（石炭または混合炭が充填されていない、炭化炉内の上部（炉頂側）空間）に廃プラスチックを装入する方法（以下、上部空間装入法という）が知られている。特許文献３によると、この上部空間装入法では、高温のコークス炉において廃プラスチックの大部分を熱分解させることが可能であり、その結果、水素、メタン、エタン、プロパン等を含む高カロリーの熱分解ガスが得られる。これら熱分解ガスは、石炭の熱分解によりコークス炉炭化室内で発生するコークス炉ガス中に含まれて回収され、各種製品等の原料として再利用される。上部空間装入法については、以下のような技術が開示されている。

　特許文献４には、コークス製造用装入炭、または廃プラスチックを０．１～１．０ｗｔ％配合したコークス製造用装入炭を準備し、これをコークス炉に装入した後、さらに装入炭の上の炉頂空間部に廃プラスチックを装入し、乾留中に廃プラスチックを熱分解してタール、軽油、ガス、コークス(残渣)として回収することを特徴とする廃プラスチックの処理方法が開示されている。この廃プラスチックの処理方法として、装入炭装入後に装入口から装入炭の上の炉頂空間部に廃プラスチックを装入する方法と、装入炭装入後から乾留終了まで、コークス炉の炉頂空間部へ通じる供給装置より廃プラスチックを供給する方法が開示されている。これらの方法により、炉頂空間部に廃プラスチックを装入した同文献の事例において、廃プラスチックを５ｗｔ％程度配合した時と同量の廃プラスチックの処理が可能になるとしている。特許文献４記載の方法は、コークス炉の炭化室で石炭を乾留している間に原料装入蓋を開放して廃棄プラスチックを装入するため、炭化室で発生するガス量が上昇管のガス回収能力を上回らないようにする必要があるとしている。

　特許文献５には、コークス炉で石炭を乾留した後に、廃プラスチックを炭化室の上部空間部に装入してコークスを製造する方法が開示されている。同文献には、高分子廃棄物を大気遮断下で炭化室に装入する手段として、装入車にホッパーを設け、コークス炉の送炭口に筒状シュートをセットして装入する方法が記載されている（同文献第５図参照）。投入時期は火落ち（乾留完了）からコークス押出し迄の、通常は置き時間といわれる、コークス熟成時（約２時間）に装入するのが好ましいとしている。この時間内においては、通常のコークス炉ガス発生量が少なく、コークス炉からの放散熱が大きくガス分解熱として利用できるからである。

　特許文献６には、均しレベラーを備えるコークス炉を対象とし、炭化室への石炭装入末期または石炭装入後、均しレベラーに廃プラスチックまたは廃プラスチックと戻り炭とを混合したものを供給し、廃プラスチックを処理することを特徴とする廃プラスチックのコークス炉炭化室での処理方法が開示されている。上記特許文献４に記載の方法では、装入口毎に新たな廃プラスチックの専用供給装置を設ける必要が生じる。上記特許文献５に記載の方法では、装炭車を改造して、大気から遮断して廃プラスチックを投入する設備にする必要がある。これに対し、特許文献６に記載の方法ではこれら問題を解消できるとしている。

特開２００１－４９２６１号公報特開２０１９－１３５２７８号公報特開２００２－４７４９４号公報特開平８－１５７８３４号公報特開平４－４１５８８号公報特開２００２－３７１２８５号公報

　上述したように、石炭混合装入法よりも上部空間装入法の方が、廃プラスチックの処理量を増やすことが可能である。従って、廃プラスチックのリサイクルの促進が望まれる現状においては、上部空間装入法の方が有効である。また、上部空間装入法では、装入する廃プラスチックの形態として、成型されたプラスチック粒状化物に限られず、破砕処理された状態のままの廃プラスチックを装入して熱分解することも可能である。

　上部空間装入法には、装入した石炭または混合炭の乾留開始前（または乾留中）に廃プラスチックを装入する方法（特許文献４，６、以下、上部空間前装入法ともいう）と、石炭または混合炭（以下、石炭等ともいう）の乾留完了後に廃プラスチックを装入する方法（特許文献５、以下、上部空間後装入法ともいう）とが提案されている。上部空間後装入法においては、乾留された石炭等の焼き締まり（焼き減り）により広がった炭化室の上部空間部（炉頂側空間部）を利用できるため、より多くの廃プラスチックを処理することが可能となる。

　また、上部空間前装入法においては、乾留中に石炭または混合炭（石炭等）由来の熱分解ガスと廃プラスチック由来の熱分解ガスとが同時間帯に発生する。これに対し、上部空間後装入法においては、乾留中に石炭等由来の熱分解ガスを発生させて、石炭等由来の熱分解ガスの発生量が少なくなった乾留完了後に廃プラスチック由来の熱分解ガスを発生させるので、熱分解ガスの発生を分散させることが可能であり、廃プラスチックの処理量を増やすことができる。

　上部空間後装入法における廃プラスチックの装入は、装炭車を用いて、炉頂に設けられた複数の装入口から装入して実施することが可能である。現状において、装炭車は石炭が飛散することのないように装入口から装入（投入）する機構（後述する補助ホッパーなど）を備えているので、大気からほぼ遮断した状態で廃プラスチックを装入することができる。なお、上部空間前装入法および上部空間後装入法において、廃プラスチック供給用のレベラー（均しレベラー）を用いて廃プラスチックを供給することは難しい。各種廃プラスチックは比較的低い温度(およそ２００℃未満)で軟化溶融するものが多いため、均しレベラーへの廃プラスチックの付着が懸念され、付着により、廃プラスチックを窯外へ引き出してしまったり、均しレベラーが作動不良となる虞があるためである。

　ここで、炉頂の複数の装入口から廃プラスチックを装入した場合、炭化室の乾留された石炭等の上に、複数の廃プラスチックの山（以下、廃プラスチック山ともいう）が形成される。全装入口から同時に廃プラスチックを装入した場合、廃プラスチックの熱分解ガスの量が一気に増加して上昇管のガス回収能力を上回り、炭化室内のガス圧力が上昇して、装入口や炉蓋の隙間など（以下、装入口などという）から熱分解ガスが漏れ、着火によってコークス炉々体金物や装炭車の焼損などが起こる懸念があった。また、熱分解ガスがコークス炉外に漏れてしまうと、上昇管による熱分解ガス回収量が減少してしまう。廃プラスチックの装入量自体を減らしてガス圧力の上昇を防ぎ、熱分解ガスの漏れを防ぐことも考えられるが、廃プラスチックの処理量も減少してしまうことになる。また、廃プラスチックの装入に時間をかけると、コークス炉の稼働率の低下に繋がる。

　本発明は、石炭または混合炭の乾留後に廃プラスチックを炭化室炉頂の装入口から炭化室内の上部空間部に装入する場合において、作業の安全性を確保できる廃プラスチックの処理方法を提供することを目的とする。

（１）コークス製造用石炭、又は、石炭と混合用廃プラスチックとを含むコークス製造用混合炭を、コークス炉の炭化室に装入して乾留してコークスとし、
　乾留完了後に、前記コークス炉の炭化室に設けられている複数の装入口の一部又は全部を用いて、前記コークスの上側の炭化室内上部空間部に、上昇管に近い側の装入口から遠い側の装入口へ向かって順番に、廃プラスチックを装入することを特徴とする廃プラスチックの処理方法。
（２）前記廃プラスチックを装入する全装入口のうち、前記順番が連続する２以上全装入口数未満の装入口をグループとして、前記グループの各装入口については、前記廃プラスチックを前記順番で装入する代わりに同時に装入することを特徴とする（１）に記載の廃プラスチックの処理方法。
（３）前記グループを複数設けて、前記廃プラスチックを装入することを特徴とする（２）に記載の廃プラスチックの処理方法。

　本発明によれば、装入口からの廃プラスチックの装入順序を特定することにより、作業の安全性を確保することができる。

炭化室に装入した石炭の乾留が完了した状態の一例を示す断面図である。発生ガスの総量（ｍ^３／ｈ）と、装入時間間隔との関係を示すグラフであり、装入時間間隔をβ秒とした場合である。発生ガスの総量（ｍ^３／ｈ）と、装入時間間隔との関係を示すグラフであり、装入時間間隔をγ秒とした場合である。複数の装入口を利用して、上昇管に遠い側から近い側へ向かって順番に廃プラスチックを装入する装入方法を説明する説明図である。複数の装入口を利用して、上昇管に近い側から遠い側へ向かって順番に廃プラスチックを装入する装入方法を説明する説明図である。実施例１の比較例１における補助ホッパー内の空間温度の測温結果を示すグラフである。実施例１の発明例１における補助ホッパー内の空間温度の測温結果を示すグラフである。実施例３の発明例３における補助ホッパー内の空間温度の測温結果を示すグラフである。実施例３の比較例３における補助ホッパー内の空間温度の測温結果を示すグラフである。

　本発明は、コークス製造用石炭、又は、石炭と混合用廃プラスチック（石炭混合用の廃プラスチック）とを含むコークス製造用混合炭を、コークス炉の炭化室に装入して乾留してコークスとし、乾留完了後に、コークス炉の炭化室に設けられている複数の装入口の一部又は全部を用いて、コークスの上側の炭化室内上部空間部に、上昇管に近い側の装入口から遠い側の装入口へ向かって順番に、廃プラスチックを装入することを特徴とする廃プラスチックの処理方法である。以下に、図面を参照して、本発明について説明する。

　図１は、炭化室に装入したコークス製造用石炭（以下、装入炭ともいう）の乾留が完了した状態の一例を示す断面図である。なお、図１においては、４つの装入口４を有する炭化室２を例示しているが、装入口４の数はこの例に限られず、複数あればよい。例えば、装入口４は、５つ、または、６つあっても良い。また、装入炭１１に替えて、石炭と混合用廃プラスチックとを含むコークス製造用混合炭（以下、混合炭１２ともいう）を装入して乾留してもよく、混合炭１２を装入等した場合も装入炭１１と同様であるので、以下の説明においては、便宜上、装入炭１１についてのみ説明する。

　コークス炉１の炭化室２には、炉頂の炉長方向（図１の横方向）に複数設けられた装入口４から、装炭車３１により装入炭１１が装入される（図１に二点鎖線により図示）。乾留の進行にともない、装入炭１１が熱分解してコークス炉ガス（ＣＯＧ）が発生する。発生したコークス炉ガスは、炭化室内の上部空間部５（炉頂側空間部）を通り、プッシャーサイド（ＰＳ）側（図１の左側）の炉頂に設けられた上昇管３により回収される。図１において、二点鎖線は乾留前の装入炭１１の上面、実線はコークス１３（乾留完了後の装入炭１１）の上面を示しており、乾留完了後の装入炭１１は焼き締まりにより体積が小さくなり、上部空間部５が広くなっている。なお、上部空間部５は、炭化室内において装入炭の上端（上面）よりも上側の空間である。

　本発明においては、装入口４からコークス１３（乾留完了後の装入炭１１）上面に廃プラスチック１４を装入し、炭化室２の上部空間部５において熱分解する。装入炭１１の乾留により炉内温度が上昇した環境下に廃プラスチック１４を装入し、装入炭１１の乾留完了（火落ち）から押出機による押し出しまでの時間（置き時間）を利用して、廃プラスチック１４の熱分解を進行させる。廃プラスチック１４の熱分解により生成した熱分解ガスは、上昇管３に向かって流れ、上昇管３により回収される。

　本発明は、コークス炉の炭化室に設けられている複数の装入口４の一部又は全部を用いて、上昇管３に近い側の装入口から遠い側の装入口へ向かって順番に、廃プラスチック１４を装入する。コークス炉での装入実験を実施した結果、上昇管に近い側から遠い側へ向かって順番に装入することにより、装入口からの廃プラスチックの熱分解ガスの漏洩や噴出による火災や事故の発生を抑えられることがわかった。以下に図面を参照して、その推定される理由について説明する。

　後述する図３および図４は、炉頂に設けられている複数の装入口を利用して廃プラスチックを装入する装入方法について説明する図である。なお、図３および図４において、４つの装入口４を上昇管３から遠い方（コークサイド（ＣＳ）側）から順番に、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとして区別する。また、装入口４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから装入した際に形成される山形状の廃プラスチックを、それぞれ、廃プラスチック１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄとして、また、廃プラスチック１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ（廃プラスチック山１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）から発生する熱分解ガスを、それぞれ、熱分解ガス２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄとして区別する。

　ここで、各装入口からの廃プラスチックの装入量や総装入量は、例えば、以下の条件を満たす量として設定することができる。具体的には、廃プラスチックの各装入口装入に際し、装入した廃プラスチックが窯内上部に突き上げない量（後述する許容廃プラスチック装入量α以下）であること、また、廃プラスチック装入時の発生ガスの総量が、窯内の上昇管３による高圧安水吸引能力（以下、上昇管ガス吸引能力という）の許容範囲内となる量であることなどの条件である。これらの２つの条件について、以下に説明する。

　各装入口４における廃プラスチックの許容装入量（許容廃プラスチック装入量）の上限値α（ｋｇ）は、例えば、以下の式（１）に基づいて推算することができる。式（１）は、炭化室内部空間の高熱空間（熱間）に廃プラスチックを装入した際の廃プラスチック装入量ｘ（ｋｇ）と廃プラスチックの積載高さ（熱間プラスチック積載高さ）ｙ´（ｍ）との関係を示す式である。式（１）において、ｙ（ｍ）は常温における廃プラスチックの積載高さ（常温プラスチック積載高さ）、ａ（－）は高熱空間での、装入直後の廃プラスチックの垂直方向への沈下率を示す。また、θ（°）は廃プラスチックの安息角、ρ（ｋｇ／ｍ^３）は廃プラスチックの嵩密度、ｄ（ｍ）は炭化室内部空間の炉幅方向の距離、ｘ（ｋｇ）は廃プラスチックの装入量（廃プラスチック装入量）を示す。上部空間部５に装入された廃プラスチック１４の山は、断面が高さ＝ｙ、底辺＝２ｙ／ｔａｎθの三角形で、幅がｄの板状の形状となる。この板状の形状の体積を算出する式に基づき、下記（１）式が導かれる。
　　ｙ´＝ａ×ｙ＝ａ×((ｘ×ｔａｎθ)／(ρ×ｄ))^１／２　　…（１）

　上述の式（１）において、熱間プラスチック積載高さｙ´に、装入炭１１の焼き締まり後の上部空間部５の高さｈ（ｍ）を代入して廃プラスチック装入量ｘ_ｈ（ｋｇ）を算出し、この廃プラスチック装入量ｘ_ｈを許容廃プラスチック装入量上限値α（ｋｇ）と推定する。各装入口４において、許容廃プラスチック装入量αを上回らないように、かつ、許容廃プラスチック装入量αに近い量の廃プラスチックを装入することで、廃プラスチックが装入口から溢れることを防ぎつつ、廃プラスチックの処理量を確保することができる。

　各装入口４における廃プラスチック装入量の設定には、上昇管ガス吸引能力、すなわち、上昇管ガスが吸引できるガス量である許容発生ガス量δ（ｍ^３／ｈ）も考慮される。具体的には、石炭等（石炭または混合炭）の乾留後の高熱空間に、装入口４から廃プラスチックを装入した際の発生ガス（熱分解ガス）の総量、すなわち、乾留後の石炭等から発生する熱分解ガスと、廃プラスチックから発生する熱分解ガスとの総量が、許容発生ガス量δを上回らないようにすることで、廃プラスチックの熱分解ガスの漏洩を防ぎ、作業の安全性を確保しつつ、熱分解ガスの回収量も確保することができる。なお、許容発生ガス量δ（ｍ^３／ｈ）は、吸引ブロアの吸引力を調整することにより増減させることが可能である。

　ここで、発生ガス（熱分解ガス）の総量（ｍ^３／ｈ）の時間変化について、図面を参照して説明する。図２Ａ、図２Ｂは、説明を簡略化するために装入口を２つとした場合、すなわちそれぞれの装入口から１回ずつ（計２回）の廃プラスチックの装入を行う場合における、発生ガスの総量（ｍ^３／ｈ）と装入口からの廃プラスチックの装入時間間隔（秒）との関係を示したグラフである。１回目と２回目の装入時間間隔を、図２Ａのグラフはβ秒とした場合、図２Ｂのグラフは装入時間間隔をγ秒とした場合である。図２Ａ、図２Ｂは、乾留後の石炭等からの発生ガス量を破線で示す。１回目の廃プラスチックを装入した際の発生ガス量を一点鎖線で示している。一点鎖線は、２回目の廃プラスチック投入後においても、１回目の廃プラスチック起因の発生ガス量を一点鎖線で続けて記載している。２回目の廃プラスチックを装入した際の、１回目と２回目の合計の発生ガス量を二点鎖線で示している。時間経過における発生ガス総量がわかるように、積み上げ折れ線グラフで示している。２回とも同量のαｋｇの廃プラスチックを装入している。１回目と２回目の廃プラスチックの装入量が同じ量であるので、１回目と２回目で時間経過に伴い発生する発生ガス量はほぼ同じと推定し、両グラフ（一点鎖線単独と、二点鎖線と一点鎖線の差分）を同形状としている。上述した許容発生ガス量δ（ｍ^３／ｈ）は太い実線で示している。１回目、２回目それぞれの廃プラスチック装入後のガス発生量の時間変化は、装入直後に急速にガス発生量が増大して最大値に達し、その後、時間の経過とともにガス発生量が低下していることがわかる。図２Ａの装入時間間隔βに比較し、図２Ｂの装入時間間隔γは時間間隔が長くなっている。図２Ａに示すように、装入時間間隔をβ秒とした場合、１回目装入から時間β後はまだ１回目装入によるガス発生量が最大に近いので、経過時間ｔ_１～ｔ_２（分）において発生ガス総量が許容発生ガス量δを上回るため、発生ガス（熱分解ガス）の漏洩などが起こる虞がある。一方、図２Ｂに示すように、装入時間間隔をγ秒とした場合は、１回目装入から時間γ後は１回目装入によるガス発生量が低下しつつある領域であり、発生ガス総量が許容発生ガス量δを上回ることがない。装入時間間隔は、図２Ｂに示すように、発生ガス総量が許容発生ガス量δを上回ることがないように設定される。

　なお、上述のように、図２Ａ、図２Ｂでは２つの装入口のそれぞれから装入時間間隔を空けて、同じ量の廃プラスチックの装入を順に行うケースについて説明したが、炭化室に４つの装入口が配設されている場合は、各装入口を用いて４回（グループ化した場合は４回未満２回以上）の装入を行う。廃プラスチックの最初の装入から廃プラスチックの最後の装入による発生ガス量のピークを越える時間まで、発生ガス総量が許容発生ガス量δを上回ることがないように、各装入時間間隔を設定すればよい。ここで、各装入時間間隔は、同じでもよいし、同じでなくてもよい。例えば、１回目の装入と２回目の装入の時間間隔と、２回目の装入と３回目の装入の時間間隔は、同じでも、同じでなくてもよい。また、各装入口から装入する廃プラスチックの各装入量についても、廃プラスチックの最初の装入から廃プラスチックの最後の装入による発生ガス量のピークを越える時間まで、発生ガス総量が許容発生ガス量δを上回ることがないように設定されればよく、同じでもよいし、同じでなくてもよい。

　なお、各装入口からの廃プラスチックの装入量や総装入量は、廃プラスチックの熱分解が、コークスの窯出しまでの時間内に十分に完了する量であること、また、窯出し時の押出負荷の許容範囲や、廃プラスチック分解ガスに含まれて排出される塩素量なども考慮することが好ましい。

　上述の許容廃プラスチック装入量上限値α、許容発生ガス量δを考慮した条件のもとで廃プラスチック１４を複数の装入口４へ順に装入する場合でも、その装入順により、熱分解ガスが装入口４などから漏洩する場合がある。本発明者らは、コークス炉での装入実験を実施した結果、上昇管に近い側から遠い側へ向かって順番に装入することにより、装入口からの廃プラスチックの熱分解ガスの漏洩や噴出による火災や事故の発生を抑えられることを見出した。以下に図面を参照して、その推定される理由について説明する。

　図３は、４つの装入口４のうち上昇管３に遠い側（反上昇管側）から近い側（上昇管側）へ向かって順番に廃プラスチック１４を装入する場合（４ａ→４ｂ→４ｃ→４ｄ）を説明する説明図であり、装入口４ａからの廃プラスチック１４ａ、装入口４ｂからの廃プラスチック１４ｂの装入を終え、装入口４ｃから廃プラスチック１４ｃを入れた状態を示す図である。

　廃プラスチック１４の熱分解反応において、熱分解ガスの発生量は、高温下に置かれた装入直後が一番多く、その後減少してほぼ一定量となる（図２Ａ、図２Ｂの一点鎖線参照）。廃プラスチック１４ａ,１４ｂは時間経過にともない熱分解が進行して体積が減少する。図３において、廃プラスチック１４ａ,１４ｂについては、二点鎖線がそれぞれの装入時であり、実線が装入後の時間経過後（廃プラスチック１４ｃ装入時）である。廃プラスチック１４ｃの実線は装入時である。この図の廃プラスチック１４ａ,１４ｂで示すように、装入後の時間経過とともに廃プラスチックの体積が減少する。一方で、装入後の時間経過後も熱分解が完了していないので、図３中に矢印で示すように、廃プラスチック１４ａ,１４ｂから熱分解ガス２４ａ，２４ｂが発生し続けている。
　装入口４ｃから廃プラスチック１４ｃを装入する際に、熱分解ガス２４ａ，２４ｂの上昇管側への流路（空間）を廃プラスチック１４ｃが狭めてしまい、また、廃プラスチック１４ｃから一気に発生する熱分解ガス２４ｃが合わさって装入口４ｃ近傍でガス量が過剰となる。その結果、ガス圧力が高まって、例えば、破線矢印で示すように、熱分解ガス２４ａ，２４ｂが廃プラスチック１４ｃ装入中の装入口４ｃから漏洩したり噴出したりする。なお、図示は省略するが、状況（流路の縮小の程度や発生ガスの積算量）によっては、熱分解ガス２４ａ，２４ｂだけでなく、熱分解ガス２４ｃも装入口４ｃから漏洩する場合や、装入口４ｃからだけではなく、装入口４ｂ，４ａからも熱分解ガス２４ａ，２４ｂなどが漏洩する場合も考えられる。

　図４は、４つの装入口４のうち上昇管３に近い側（上昇管側）から遠い側（反上昇管側）へ向かって順番に廃プラスチック１４を装入する場合（４ｄ→４ｃ→４ｂ→４ａ）を説明する説明図であり、装入口４ｄからの廃プラスチック１４ｄ、装入口４ｃからの廃プラスチック１４ｃの装入を終え、装入口４ｂから廃プラスチック１４ｂを入れた時点の状態を示す図である。

　廃プラスチック１４ｄ,１４ｃは時間経過にともない熱分解が進行して、図４において二点鎖線（廃プラスチック１４ｄ,１４ｃ、それぞれの装入時）と実線（廃プラスチック１４ｂの装入時）で示すように体積が減少するが、熱分解が完了していないので、矢印で示すように、廃プラスチック１４ｄ,１４ｃから熱分解ガス２４ｄ，２４ｃが発生し続けている。装入口４ｂから廃プラスチック１４ｂを装入する際には、まだ、装入口４ａから廃プラスチック１４ａを装入する前であるので、廃プラスチック１４ｂより反上昇管側において、廃プラスチックの熱分解ガスの発生はなく、図３の廃プラスチック１４ｃと異なり、廃プラスチック１４ｂの装入が上昇管側への流路（空間）を狭めることはない。また、廃プラスチック１４ｂを装入する際には、図４に示すように、廃プラスチック１４ｄ,１４ｃの嵩も、熱分解ガス２４ｄ,２４ｃの発生量も減っているため、廃プラスチック１４ｂから発生する熱分解ガス２４ｂの上昇管側への流路（空間）が確保されるので、ガス圧力が高まることがなく熱分解ガス２４の漏洩や噴出の発生を抑制することができる。

　このように、上昇管３に近い側（上昇管側）の装入口から遠い側（反上昇管側）の装入口へ向かって順番に廃プラスチック１４を装入することにより、上昇管側への流路（空間）の狭小化を防ぎ、熱分解ガス２４の漏洩や噴出を抑制することができる。上述の図４では、４つの装入口４すべてについて、上昇管３に近い側から遠い側へ向かって、１つずつ順番に廃プラスチック１４を装入する例を示したが、一部の装入口から廃プラスチックを装入しなくてもよい。廃プラスチックを装入しない装入口４があっても、上昇管３に近い側の装入口から遠い側の装入口へ向かって順番に装入されていれば、熱分解ガス２４の漏洩や噴出を防ぐことができる。

　なお、廃プラスチックを装入しない装入口４とは、以下のような場合が考えられる。例えば、コークス炉炭化室内炉壁上部の一部分が損傷している場合などは、その部分に負担を掛けぬように廃プラスチックの装入を行わないことがある。また、先に石炭を装入して乾留したコークスの一部の箇所の上面レベルが所定の位置よりも高くなっている場合は、その箇所には、廃プラスチックを装入しないことがある。

　さらに、廃プラスチックの装入時間をより短くする必要がある場合などには、上述の許容発生ガス量δ（ｍ^３／ｈ）を上回らないように考慮することを前提として、以下の方法を採用することができる。即ち、廃プラスチックを装入する全装入口のうち、上昇管に近い側から遠い側へ向かって順番が連続する２以上全装入口数未満の装入口を一つのグループとして、同じグループに属する各装入口については、廃プラスチックを順番に装入する代わりに同時に廃プラスチックを装入してもよい。設定するグループの数は２以上全装入口数未満であればよいが、操業性の観点から少ない方が好ましく、例えば、グループ数は２つ、または３つとすることができる。
　ここで、同時とは、同時に装入されている時間を有していればよい。例えば、図４の４つの装入口４を有する炭化室２において、装入口４ｄと装入口４ｃとを１つのグループとして、上昇管３に近い側（上昇管側）から遠い側（反上昇管側）へ向かって順番に、１つのグループである装入口４ｄと装入口４ｃとから同時に廃プラスチック１４ｄ，１４ｃを装入したのちに、装入口４ｂから廃プラスチック１４ｂを装入し、その後に、装入口４ａから廃プラスチック１４ａを装入してもよい。なお、異なるグループに属する各装入口への装入は、同時には行われない。

　同時に廃プラスチックを装入する装入口のグループを複数設けて、廃プラスチックを装入してもよい。例えば、図４の４つの装入口４を有する炭化室２において、装入口４ｄと装入口４ｃとを１つ目のグループ、装入口４ｂと装入口４ａとを２つ目のグループとして、装入口４ｄと装入口４ｃから同時に廃プラスチック１４ｄ，１４ｃを装入したのちに、装入口４ｂと装入口４ａから同時に廃プラスチック１４ｂ，１４ａを装入してもよい。また、装入口４ｃと装入口４ｂと装入口４ａとを１つのグループとして、装入口４ｄから廃プラスチック１４ｄを装入したのちに、装入口４ｃと装入口４ｂと装入口４ａから同時に廃プラスチック１４ｃ，１４ｂ，１４ａを装入してもよい。

　なお、図３に示す場合において、熱分解ガス２４ａ，２４ｂの発生が十分に少なくなったタイミングまで待って、廃プラスチック１４ｃを装入すれば、熱分解ガス２４ａ，２４ｂの漏洩や噴出が起こることはない。しかしながら、１窯当りの廃プラスチックの総装入時間にはコークス炉の稼働率上の制約がある。１窯の廃プラスチックの装入に時間が掛かると、本来のコークスの窯出しペースも遅れてしまうため、コークス生産量が減産となり、かつ、廃プラスチックの総処理量も減少してしまう。

　また、上述のように、上昇管に近い側から遠い側へ向かって順番が連続する２以上全装入口数未満の装入口のグループを作り、このグループの各装入口に同時に廃プラスチックを装入する場合は、このグループの中で最も上昇管に遠い装入口以外は、廃プラスチックの装入量に上限を設ける。具体的には、例えば、最も上昇管に遠い装入口以外において、上述した式（１）の廃プラスチックの積載高さ（熱間プラスチック積載高さ）ｙ´（ｍ）などに基づき、廃プラスチックを装入した際にできる廃プラスチック山の上部空間である、上昇管３側への流路（空間）の縦断面積（窯長方向に垂直な断面（ｍ^２））を求め、その断面積が上昇管３の横断面積Ｃ（中心軸に垂直な断面積（ｍ^２））以上となるように、各装入口の装入量を決定することが好ましい。よって、１グループとする装入口の数は、装入する廃プラスチック性状、窯内温度、各装入口への廃プラスチックの装入量、各装入時間間隔から発生ガス量の総量を予測し、発生ガス量の総量が許容発生ガス量δ（ｍ^３／ｈ）以下となるように、かつ、上昇管３側への流路（廃プラスチック山の上部空間）の縦断面積（ｍ^２）が、上昇管３の横断面積Ｃ（ｍ^２）以上となるように決めることが好ましい。効率性の面から、１窯に設けられている装入口への装入回数が極力少なくなるように実施することが好ましいが、上述のように、廃プラスチックの装入量に上限を設けるため、廃プラスチックの処理量が減る場合がある。装入回数、装入時間間隔、および総装入量の異なる各場合について、生産性を求めて、操業条件を決定することが好ましい。

　一般的な室炉式コークス炉の仕様は装入口が４～５箇所であり、本発明の適用が可能である。さらに、特異な炉形式のうち、複数の炉上ガス吸引口を有するスタンピング炉は、本発明を適用することが可能である。一方、炉上の反上昇管端部装入口位置にジャンパーパイプまたはスタンドパイプが設置されている炉は、炭化室内ガス流れが大きく異なるため、本発明をしても十分な効果を得ることは難しい。

　（実施例１）
　装入口を５つ有する炭化室において、コークス製造用石炭の乾留完了後に廃プラスチックの装入実験（発明例１、比較例１）を行った。炭化室の大きさは、炉高；５．０ｍ、炉長；１４．６２ｍ、炉幅；０．４５ｍである。廃プラスチックは、容器包装リサイクル法（容器包装に係る分別収集及び再商品化の促進等に関する法律）に基づいて回収されて製造された容器包装リサイクルプラスチックの減容成型品である。廃プラスチックの寸法は直径が約２６ｍｍ，高さが約５０ｍｍ，嵩密度が約０．２９ｔ／ｍ^３の円柱形のペレット状のものである。なお、本実施例１および後述する実施例２において、廃プラスチックの総装入量および各装入口での装入量は、上述の許容廃プラスチック装入量上限値α（ｋｇ）としており、また、各装入口から装入する時間の間隔（装入時間間隔）は、装入口から廃プラスチックを装入した際の発生ガス（ｍ^３／ｈ）の総量が許容発生ガス量δ（ｍ^３／ｈ）を超えることのない最短時間に設定している。

　廃プラスチックの装入には装炭車を用いた。装炭車は、石炭塔からの石炭を受けるホッパーと、ホッパーの下部に設けられたフィーダ（テーブルフィーダ）と、フィーダから供給された石炭を装入口に装入するための補助ホッパーを有する。廃プラスチックは、石炭同様、装炭車のホッパーへ供給して、装入口から装入した。廃プラスチックの総装入量は３００ｋｇであり、各装入口から６０ｋｇの廃プラスチックを順番に装入蓋を開放して装入し、廃プラスチック装入完了後すぐに装入蓋を閉めた。

　発明例１においては、５つの装入口のうち上昇管に近い側から遠い側へ向かって順番に装入し、比較例１においては、５つの装入口のうち上昇管に遠い側から近い側へ向かって順番に装入した。最初の廃プラスチックの装入は、石炭乾留によるＣＯＧガスの発生が無くなったタイミングまたは十分少なくなったタイミング（例えば、炉高６ｍのコークス炉の場合、２００Ｎｍ^３/Ｈｏｕｒ以下）で行い、廃プラスチックを５秒間装入後、次の装入口へ順次移行して５つの装入口への装入を繰り返した。なお、全装入時間短縮のため、前の装入口の蓋閉め動作と同じタイミングで次の装入口の蓋開け動作を行った。

　試験結果は、装入口からのガス漏れによる装炭車のホッパー内の廃プラスチックへの延焼リスクを評価するため、装炭車の補助ホッパー内に熱電対を設置し（補助ホッパー側部を開孔して熱電対を挿入して固定し）、測温により評価した。また、目視でも装入口からの熱分解ガスのガス漏れの有無を確認した。なお、容器包装リサイクル品の廃プラスチックは約３００℃を超えると、廃プラスチックを構成する各種プラスチックの性状に伴い、軟化から着火に至る虞があることが、オフラインにて均温加熱炉＋サーモビューアーによる目視観察の結果として判明した。そこで、廃プラスチック燃焼リスク管理上限を３００℃とした。また、補助ホッパー内の廃プラスチックに着火した場合、速やかに散水消火する必要があるため、安全性を考慮して試験を行った。

　図５は比較例１、図６は発明例１の熱電対での測温結果を示し、縦軸が補助ホッパー内の空間温度（℃）、横軸が石炭装入時刻からの経過(乾留)時間（時間：分）を示す。図５および図６における凡例の♯１～♯５は、装入口１番口～５番口を示し、上昇管から遠い側から近い側に向かって順番に１つずつ数値が大きくなるように番号を付けており、上昇管に一番近い装入口は５番口である。比較例１（図５）では、２０時間４５分４８秒、２０時間４７分５４秒、２０時間４９分００秒、２０時間５１分０６秒、２０時間５３分１２秒のところで、それぞれ装入口１番口→５番口の順に廃プラスチックの装入を開始している（廃プラスチック装入開始時刻♯１～♯５）。また、発明例１（図６）では、２０時間５４分３４秒、２０時間５５分５３秒、２０時間５８分２０秒、２０時間５９分４９秒、２１時間０６分２６秒のところで、それぞれ装入口５番口→１番口の順に廃プラスチックの装入を開始している（廃プラスチック装入開始時刻♯１～♯５）。廃プラスチック装入開始から完了までは約５秒である。図５および図６に示すように、廃プラスチック装入開始前の補助ホッパー空間温度は１０～１５℃であり、コークス炉上方の外気温度と略同じ温度となっている。

　発明例１においては、図６に示すように、装入口上側の装炭車の各補助ホッパー内の空間温度は、測定全体を通じて１５℃以上上昇することはなかった。また、目視においては軽微なガス漏れのみ確認された。上述したように、コークス炉の炭化室２には上昇管３が設けられており、上昇管３にてガス吸引が行われ、炭化室２内は負圧となっている。発明例１において廃プラスチック装入後に温度が上昇しなかったのは、装入口１番口～５番口の装入口から廃プラスチックが装入された際においても、上昇管３のガス吸引による負圧が維持されて、各補助ホッパー内に外気が吸引されたためである。

　比較例１においては、図５に示すように、上昇管から遠い１番口から順番に廃プラスチックを装入していった結果、４，５番口で補助ホッパー内の温度の上昇が確認された。また目視においても４，５番口での多量のガス噴出が確認された。比較例１において装入口４，５番口での廃プラスチック装入後に温度が上昇したのは、装入口４，５番口の各装入口から廃プラスチックが装入された際に、上昇管３のガス吸引による負圧を維持できない状態となり、４，５番口の直上の補助ホッパー内に廃プラスチックの熱分解ガスが吹き上げたためである。

　なお、発明例１と比較例１とでは、天候等の違いにより雰囲気温度などの条件が変動しているが、炭化室内は廃プラスチックが溶融する高温度下で発生する熱分解ガスの影響を調べる試験であるので、数℃の差は問題にはならない。また、廃プラスチック装入量は各装入口で一定であるので、装入間隔の多少のズレに対して、熱分解ガスによる圧力分布が大きく変動することはないと考えられる。
　また、全ての装入口に同時に廃プラスチックを装入する場合は、各装入口への装入タイミングを異ならせる場合よりも急激にガスが発生して上昇管側への流路が確保されず、さらに上昇管３のガス吸引による負圧を維持することが難しくなり、各装入口からのガス噴出が確認されると推測される。

　（実施例２）
　装入口を４つ有する炭化室において、コークス製造用石炭の乾留完了後に廃プラスチックの装入実験を行った。炭化室の大きさは、炉高；４．０ｍ、炉長；１３．４０ｍ、炉幅；０．４０ｍである。使用した廃プラスチックは、容器包装リサイクルプラスチックの減容成型品で、寸法は直径が約２９ｍｍ，高さが約６０ｍｍ，嵩密度が約０．３ｔ／ｍ^３の円柱形のペレット状のものを使用した。装炭車は、実施例１と同様の構成のものを使用した。廃プラスチックの総装入量は８０ｋｇであり、各装入口から２０ｋｇの廃プラスチックを装入した。

　実施例２においては、上昇管から遠い側から近い側に向かって４つの装入口を順に１番口から４番口として、１番口と２番口をグループＡ、３番口と４番口をグループＢとする。本実験においては、先ず装炭車から全装入口（４つの装入口）へ、上昇管に近いグループＢ、上昇管から遠いグループＡの順の２分割装入方法（同じグループの装入口へは同時に装入）により、各２０ｋｇずつ廃プラスチックを装入(計８０ｋｇ)した。装入完了後、全装入口の装入蓋をいったん閉じて、装炭車を移動させた後、グループＡの装入口の装入蓋を開放した場合とグループＢの装入口の装入蓋を開放した場合について、各装入口直下の圧力値を長柄のプローブを装入口へ挿入することにより測定して発生ガスの滞留状況（圧力分布）を確認し、火炎の噴出状況を目視確認した。

　上述のように、上昇管に近いグループＢを先、上昇管から遠いグループＡを後とした装炭車による廃プラスチックの装入作業においては、どの装入口においても熱分解ガスの噴出や火炎の噴出が起こることなく、全廃プラスチックを装入することができた。全廃プラスチックの装入後に、グループＡ（１番口＋２番口）の装入口の装入蓋を同時開放した場合は、各装入口からの火炎噴出は殆ど見られず、両装入口直下の圧力もほぼ負圧であることを確認した。一方、グループＢ（３番口＋４番口）の装入口の装入蓋を同時開放した場合は、３番口からの顕著な火炎噴出を確認した。また、３番口の装入口直下の圧力も高かった。４番口の装入口直下の圧力は安定した負圧であり、火炎の噴出は確認されなかった。

　実施例２において、３番口の装入口直下の圧力が最も高くなったのは、上昇管から遠い位置の１番口装入廃プラスチック、２番口装入廃プラスチック、３番口装入廃プラスチックからの発生ガスの積算による影響であると考えられる。また、４番口の装入口直下の圧力が負圧となったのは、上昇管に最も近いので発生ガスの流路が確保されていたことによると考えられる。ここで、上述の試験例と逆に、上昇管から遠いグループＡを先、上昇管に近いグループＢを後として装入した場合には、３番口の装入蓋を開放して廃プラスチックを装入する作業中に、１番口装入廃プラスチック、２番口装入廃プラスチック、３番口装入廃プラスチックからの発生ガスの積算の影響で、装炭車の補助ホッパー内に廃プラスチックの熱分解ガスが吹き上げ、火災が発生する虞があったと考えられる。なお、上昇管に近いグループＢを先、上昇管から遠いグループＡを後とした廃プラスチックの装入作業においては、３番口の装入蓋が閉じられ閉止状態となった後に、１,２番口から廃プラスチックが装入されているため、全装入作業過程において熱分解ガスなどの噴出が起きなかったと考えられる。

　（実施例３）
　実施例２と同様、装入口を４つ有する炭化室において、コークス製造用石炭の乾留完了後に廃プラスチックの装入実験を行った。炭化室の大きさ、使用した廃プラスチックの形状、装炭車の形状についても、実施例２と同様とした。
　実施例３においても、上昇管から遠い側から近い側に向かって４つの装入口を順に１番口から４番口として、１番口と２番口をグループＡ、３番口と４番口をグループＢとする。

　発明例３として、上昇管に近いグループＢ（３番口と４番口）を先、上昇管から遠いグループＡ（１番口と２番口）を後とした装炭車による廃プラスチックの装入作業を行った。グループＢの３番口と４番口が同時装入となるため、上昇管に近い４番口の廃プラスチック高さが、装入口毎装入に比べて収縮しきれておらず＃３装入口の廃プラスチックガス経路が狭くなる。その結果、図７に示すように、図５，図６グラフと比較して高温ガスが３番口から少量噴出して補助ホッパー温度がやや上昇したが、廃プラスチック燃焼リスク管理上限である３００℃よりも低い温度であり、実操業には支障のないレベルであった。なお、３番口に集まるガスは３番口分の廃プラスチックガスのみである。

　発明例３は２グループ装入であり、１番口と２番口が同時装入となるため、上昇管に近い２番口の廃プラスチック高さが、装入口毎装入に比べて収縮しきれておらず１番口の廃プラスチックガス経路が狭く、同様に上昇管から遠い側の装入口から少量の高温ガスが噴出して補助ホッパー温度がやや上昇したが、廃プラスチック燃焼リスク管理上限である３００℃よりも低い温度であり、実操業には支障のないレベルであった。なお、１番口に集まるガスは１番口分の廃プラガスのみである。

　比較例３として、上昇管から遠いグループＡ（１番口と２番口）を先、上昇管に近いグループＢ（３番口と４番口）を後、として装入作業を行った。反上昇管側から装入すると、グループＡ（１番口と２番口）装入時は図７と同様の状態となる。１番口に集まるガスは１番口分の廃プラスチックガスのみだからである。一方、グループＢ（３番口と４番口）装入時は、３番口に１番，２番，３番の分の発生ガスが集中するため、図８に示すように、大規模に高温ガスが噴出して補助ホッパー温度が急上昇し、廃プラスチック燃焼リスク管理上限である３００℃を超えてしまう。

　以上の結果より、廃プラスチック装入時に熱分解ガスの噴出リスクを回避するためには、上昇管側に近い装入口から順に遠い側に廃プラスチックを装入していく方式が好ましく、具体的には、同時に廃プラスチックを装入するグループを作って廃プラスチックの装入時間を短縮する場合、１番口と２番口に同時装入したのちに３番口と４番口に同時装入する（グループＡ→グループＢ）よりも、３番口と４番口に同時装入したのちに１番口と２番口に同時装入する（グループＢ→グループＡ）方が好ましいことがわかった。

　１：コークス炉
　２：炭化室
　３：上昇管
　４：装入口（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）
　５：上部（炉頂側）空間部
１１：石炭（コークス製造用石炭）
１２：混合炭
　　　（コークス製造用混合炭：石炭と混合用廃プラスチックとを含む混合物）
１３：コークス
１４：廃プラスチック（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）
２４：熱分解ガス（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ）
３１：装炭車

Claims

　コークス製造用石炭、又は、石炭と混合用廃プラスチックとを含むコークス製造用混合炭を、コークス炉の炭化室に装入して乾留してコークスとし、
　乾留完了後に、前記コークス炉の炭化室に設けられている複数の装入口の一部又は全部から、前記コークス（乾留完了後の装入炭）の上端よりも上側の空間である炭化室内上部空間部に、上昇管に近い側の装入口から遠い側の装入口へと向かって順番に、廃プラスチックを装入することを特徴とする廃プラスチックの処理方法。
　前記廃プラスチックを装入する全装入口のうち、前記廃プラスチックを装入する順番が連続する２以上全装入口数未満の任意の数の装入口を一つのグループとする装入口のグループを一つ以上設定し、前記同じグループに属する各装入口については、前記各装入口の全てに前記廃プラスチックを同時に装入することを特徴とする請求項１に記載の廃プラスチックの処理方法。
　前記グループを２つ以上設けて、前記廃プラスチックを装入することを特徴とする請求項２に記載の廃プラスチックの処理方法。